評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學的新方法：從質性到量化方法 (下) | A New Method for Evaluating Pelvic and Trunk Rotational Pitching Mechanics: From Qualitative to Quantitative Approaches

評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學的新方法：從質性到量化方法 (下) | A New Method for Evaluating Pelvic and Trunk Rotational Pitching Mechanics: From Qualitative to Quantitative Approaches

評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學的新方法：從質性到量化方法

Pelvic and Trunk Rotational Pitching Mechanics: From Qualitative to Quantitative Approaches

 

結果

比較模式1 和模式2 在不同時間比例下在橫向平面中觀察的示意圖如圖2所示。 模式1和模式2的骨盆和軀幹平均旋轉角度與從MKU到MIR的時間比的關係曲線如圖3所示。模式1和模式2的平均骨盆角與從MKU到MIR的時間比例以及軀幹的曲線如圖4A、B所示。 模式1和模式2的平均TPS與從MKU到MIR的時間比的關係曲線如圖4C所示。可以注意到，模式1和模式2具有不同的MKU、MIR、AC1和AC2的平均時間比率。

 

圖4 : (A)模式1和模式2的平均骨盆角與從 MKU到MIR的時間比率相關的曲線。 箭頭1表示模式1 的 MKU 早於模式2。箭頭2表示模式1在腳接觸瞬間 (“PAoFC”) 具有比模式 2 更多的骨盆前導旋轉角度。 (B)模式1和模式2的平均軀幹角度與 MKU到MIR的時間比率相關的曲線。箭頭1表示模式1的 MKU早於模式2。模式1需要軀幹在階段1中向後旋轉（箭頭2），而模式2 則不具有這種行為。模式2顯示在階段2中腳接觸之前軀幹向後轉（箭頭4），而模式 1 則沒有這種趨勢（箭頭3）。(C)模式1和模式2的平均軀幹骨盆分離 (TPS) 曲線與從 MKU 到 MIR 的時間比率相關。箭頭1表示由於主幹向後旋轉，模式1在階段1中具有較早的MKU和較少的TPS。模式1具有比模式2早的AC1（箭頭 2）和晚的AC2（箭頭 4）。模式1在腳接觸時刻 (“TPSoFC”) 表現出比模式 2 (箭頭 3) 更多的負TPS 絕對值。請注意，模式1和模式2在 (A–C) 中具有不同的 MKU、MIR、AC1和AC2平均時間比率。AC1 = 骨盆和軀幹角首次交叉的時間；AC2 = 第二次骨盆和軀幹角交叉的時間；BR = 球釋放；FC = 腳接觸；MIR = 最大肩內旋； MKU = 最大膝上抬；括號內的 P1 = 模式1；括號內的P2 = 模式2。

 

時間參數結果如表3所示，兩組的運動學數據的參數結果

表3 : 模式1：閉合的髖肩分離； 模式2：開放式髖肩分離； 95% CI = 總體平均值差異的 95% 信賴區間； MKU = 最大抬膝； FC = 腳接觸； MER = 最大肩外旋； BR = 球釋放； MIR = 最大肩內旋； TPS = 軀幹-骨盆分離； BRt-FCt=FC與BR之間的時間間隔； MKUr = MKU 時間比率； MERr = MER 的時間比； MIRr = MIR 的時間比； TAoMKU、TAoFC、TAoMER、TAoBR、TAoMIR = MKU、FC、MER、BR、MIR 時刻的軀幹角度； PAoMKU、PAoFC、PAoMER、PAoBR、PAoMIR = MKU、FC、MER、BR、MIR 時刻的骨盆角度； TPSoMKU、TPSoFC、TPSoMER、TPSoBR、TPSoMIR = MKU、FC、MER、BR、MIR 時刻的 TPS； AC1=第1次骨盆角與軀幹角交叉的時間； AC2 = 第二次骨盆和軀幹角交叉的時間； AC1r=AC1的時間比； AC2r=AC​​2的時間比； AC2r-AC1r = AC1與AC2之間的時間比間隔；StrideL/BH = 以身高標準化的步長百分比；MKH/BH = 最大膝蓋高度與身高標準化的百分比； SFCD = 步幅腳接觸方向； * p 值 < 0.05。 註：數據以平均值±標準差和95%CI 表示。 大多數資料會四捨五入到最接近的整數（BRt-FCt 除外）。

 

時間事件的角度參數的結果顯示在表3。模式1 的「TAoMKU」、「TAoMER」、「TAoBR」和「TAoMIR」明顯落後於模式2。然而，Pattern1 的“PAoFC”、“PAoMER”和“PAoBR”領先。

時間事件時TPS參數的結果顯示在表3。此處列出的所有參數在模式1和模式 2之間都有顯著差異。

 

與特殊時間事件和間隔相關的參數結果顯示在表3。模式 1 的「AC1r」明顯早於模式2。相反，模式1 的「AC2r」晚於模式2 的情況。此外，模式 1 中 AC1 和 AC2 之間的間隔（「AC2r–AC1r」）明顯長於模式2。

跨步階段重要參數的結果顯示在表3。模式 1 和模式 2 之間沒有發現顯著差異。球速結果如圖所示表3。模式1中的「球速」明顯高於模式2。

 

表4給出了每個參數的ROC的相關係數和降減值，與球速具有統計上顯著的相關性。這些參數的Cohen’s d效應大小也顯示在表4。與球速相關性最高的參數是「PAoFC」。它還具有最大的 Cohen’s d效應大小。 ROC中「PAoFC」的降減值可用作區分低球速（「PAoFC」<-69.95°）和高球速（「PAoFC」>-69.95°）之間的投球的參考。與球速具有統計顯著相關性的其他參數列於表4。

 

表4  各參數的相關係數和ROC速度降減值與球速及其 Cohen’s d效應大小相關（按相關係數的絕對值從高到低排序）

MKU = 最大抬膝； FC = 腳接觸； BR = 球釋放； TPS = 軀幹-骨盆分離； PAoFC = FC 時刻的骨盆角度； BRt-FCt=FC與BR之間的時間間隔； MKUr = MKU 時間比率； TPSoFC = FC時刻的TPS； ROC = 接收器工作特性（Receiver operating characteristic）； * FDR 調整後的p值 < 0.05

 

討論

骨盆和軀幹的旋轉是一個值得分析的領域，並且可能是投球力學的關鍵因素。因此，理解並遵循科學方法來評估這些力學非常重要。本研究旨在系統地結合質性和量化方法。前者的目標是辨識不同「臀肩分離」模式之間的特徵。這項研究的新穎之處在於將骨盆和軀幹的曲線放在一起。透過這樣做，可以更清楚地看到骨盆和軀幹旋轉力學的特徵。本文介紹了俯仰過程中骨盆和軀幹旋轉的三個階段。研究發現，「臀肩分離」的封閉模式具有較高的球速。也確定了閉合「髖肩分離」的投球時骨盆和軀幹旋轉的四個特徵。這些為投球機制提供了新的視角。

 

4.1 俯仰過程中骨盆和軀幹旋轉的三個新階段

如上所述，有兩個特殊的時序事件，即第一次角度交叉 (AC1) 和第二次角度交叉 (AC2)，在一起繪製骨盆角度和軀幹角度曲線時注意到了這兩個事件。我們根據這些時序事件將涉及骨盆和軀幹的俯仰週期分為三個不同的階段（圖3A）。 階段1的定義是從MKU到AC1的區間。在階段1 中，骨盆的角度在軀幹後面更向後，因此 TPS 為正。階段2的定義是從AC1到AC2的區間。在階段2中，骨盆角度超出軀幹，TPS變成負值。階段3的定義是從AC2到MIR的區間。在第三階段，軀幹再次在骨盆上方旋轉（正 TPS）。

結果表明，模式1的球速明顯快於模式2，這意味著模式1具有更好的骨盆和軀幹旋轉力學，可實現更快的球速。我們將根據上述俯仰時骨盆和軀幹旋轉的三個階段來討論和解釋模式1的特徵。

 

4.1.1 階段1

骨盆的功能就像火箭推進器，而軀幹，繼續比喻，就是太空船。第一階段的目標是骨盆預緊，以儲存彈性能量，然後進行骨盆助跑，為助推做好準備。 MKU是跨步階段的初始時刻，可以被認為是骨盆向後旋轉啟動彈性能量儲存的時刻[ 22 ]。在骨盆旋轉角度、軀幹旋轉角度和 TPS 圖中，模式 1 的 MKU (“MKUr”) 早於模式 2 (圖4A、箭頭1；圖4B、箭頭1；圖4C，箭頭1)。此外，模式1表現出軀幹跟隨骨盆向後旋轉（圖4B，箭頭 2），而模式2不具有此行為。軀幹向後旋轉導致階段 1 的最大 TPS 下降（圖4C，箭頭1)。綜上所述，在Phase1期間，Pattern1表現出骨盆旋轉角度曲線提前移動的特徵（圖4A) 和被壓下的軀幹旋轉角度(圖4B）

 

4.1.2 階段2

在第二階段，目標是先加速骨盆，再來才是軀幹。在 TPS 圖中，模式1的 AC1（「AC1r」）比模式 2 早，AC2（「AC2r」）晚（圖4C 箭頭2、箭頭4)。換句話說，模式1代表了較長的階段2週期（“AC2r-AC1r”）。Luera等人。研究了高中投手與專業投手的運動學特徵[ 13 ]，發現高中投手無法旋轉軀幹和骨盆來幫助投球。因此，高中投手主要透過肘部和肩部產生更大的力量來大力投球，這可能會增加他們的受傷風險。在該研究中，上軀幹旋轉的圖與本研究中 TPS的圖相似。這是因為他們的研究中軀幹旋轉的定義與骨盆座標係有關，而不是與全局座標係有關。職業投手組的平均上軀幹旋轉角度第一次和第二次過零點之間的時間間隔較長，球速相應較快。這與我們的研究結果一致，即模式 1（球速較快）的階段 2 週期較長（「AC2r-AC1r」）。

在骨盆旋轉角度圖中，模式1在 FC 時刻表現出比模式2更多的骨盆旋轉前角（“PAoFC”）（圖4A，箭頭2)。Oi等人。比較了日本和美國投手之間的差異[ 15 ]。美國投手的投球速度高於日本投手。美國組在主導腳接觸瞬間表現出比日本組更大的骨盆旋轉角度。Wright等人。指出被定義為「早期骨盆旋轉者」（較領先的「PAoFC」）的投手在 FC 時刻表現出更大的肩部外旋，並且最大骨盆旋轉角速度更早出現[ 23 ]。

在 TPS 圖中，模式1比模式2 顯示更多FC時刻負TPS（軀幹拖在骨盆後面）的絕對值（「TPSoFC」）（圖4C，箭頭3)。Luera等人的研究中也報告了這個結果，發現投球速度較高的職業投手的上軀幹旋轉明顯更大（相當於“TPSoFC”）[ 13 ]。Nissen等人。指出 FC（相當於「TPSoFC」）處骨盆和軀幹之間旋轉的相對差異為 28°，軀幹相對於骨盆的外旋更大[ 17 ]。他們假設這種旋轉差異能夠實現“盤繞”，從而積聚勢能並隨後傳遞到手臂。Fleisig等人觀察了 9 -15 歲青少年投手的生物力學變化。

在軀幹旋轉角度圖中，模式2的特徵是軀幹在 FC 之前轉回（圖4B，箭頭4），而模式1 並沒有表現出這種行為（圖4B，箭頭3）。綜上所述，在階段2期間，模式1表現出骨盆旋轉角度曲線遠離軀幹旋轉角度曲線拉高的特徵（圖4A）。這導致整個 TPS 曲線的擴展和下移（圖4C）。此外，模式1顯示在FC 之前軀幹旋轉角度無折返的特性（圖4B）。

 

4.1.3 階段3

第三階段的目標是減慢骨盆和軀幹的速度，以達到突然「停止」的目的，達到相對穩定的狀態。在這種情況下，能量可以更有效地傳遞到投擲臂。這與 Dun 等人的研究一致[14]，他指出，如果上半身運動或旋轉時下半身保持穩定，則能量可以以更有效的方式傳遞。球被釋出後，即意味著任務完成，骨盆和軀幹繼續向前旋轉，以進行跟隨和卸除負荷，好降低受傷風險。

 

4.2.模式1 特徵（閉合的髖肩分離）

總之，Pattern1 投手表現出幾個特徵（如下所述並在圖4A-C），將它們與模式 2中的相對應物區分開來，球速較慢。具體如下：

(1)在第一階段，他們跟著骨盆向後旋轉軀幹（圖4B）。

(2)他們在第一階段早些時候開始旋轉骨盆（先向後然後向前）（圖4A）。

(3)他們獲得了更大的骨盆角度（圖4A) 並在階段2中腳接觸時骨盆和軀幹之間獲得更大的角度（圖4C）。

(4)在階段2中，他們在腳接觸前不會向後旋轉軀幹，而模式2中的投手則向後旋轉軀幹（圖4B）。

這四個特徵對於正確的骨盆和軀幹旋轉力學以獲得更快的球速可能至關重要。可以作為投手和教練評估和提高投球技術的參考。

 

4.3 .使用“PAoFC”和“TPSoFC”相結合的骨盆和軀幹旋轉力學評估

對於希望更精確地實現投球力學的運動科學家或教練/投手來說，專家對封閉式和開放式「髖肩分離」的認識是不夠的。根據本研究模式1的結果和特點，我們開發了一種更客觀的方法來評估骨盆和軀幹旋轉俯仰力學。「PAoFC」是與球速相關性最高、效應量最大的參數，被用作此方法的主要組成部分，並輔以「TPSoFC」。這裡使用-70°的“PAoFC”和-25°的“TPSoFC”根據ROC截止值的結果進行分類。因此，俯仰可以根據骨盆和軀幹旋轉力學的四種類型進行分類（圖5）。 類型1表示FC時刻的骨盆旋轉角度領先，隨後是軀幹，骨盆和軀幹之間有足夠的分離。這被認為是“適當的機制”。類型2表示FC時刻骨盆旋轉角度領先，軀幹緊跟在後，但骨盆和軀幹之間的分離不足。這被認為是“早期軀幹旋轉”。類型3表示在FC時刻落後並跟隨軀幹的骨盆旋轉角度，骨盆與軀幹之間的分離不足。這被稱為“骨盆旋轉延遲”。類型4構成了FC時刻落後的骨盆旋轉角度，軀幹跟隨，骨盆和軀幹之間有足夠的分離。通常，Type4 的分離是由於 FC 之前軀幹旋轉的轉回造成的。採用類型4力學的投手可能會嘗試透過向後旋轉軀幹來增加骨盆和軀幹之間的角度，以獲得更多的「盤繞」位能。這被定義為「骨盆旋轉延遲，軀幹後轉」。類型2、類型3、類型4均被視為「機械不當」。如表5所示，類型1（正確的力學）的球速明顯高於其他三種類型，而類型2-4（不當的力學）彼此之間的球速沒有顯著差異。

 

圖5 : 四種類型的骨盆和軀幹旋轉俯仰力學（從橫向平面觀察）。根據切割結果，使用-70°的“PAoFC”（腳接觸瞬間的骨盆角度）和-25°的“TPSoFC”（腳接觸瞬間的軀幹-骨盆分離）進行分類。值。類型1（適當的力學）代表領先的“PAoFC”，隨後是軀幹，骨盆和軀幹之間有足夠的分離。類型2（早期軀幹旋轉）代表領先的“PAoFC”，隨後是骨盆和軀幹之間分離不足的軀幹。類型3（骨盆旋轉延遲）代表「PAoFC」落後，隨後是軀幹，骨盆和軀幹之間的分離不足。類型4（骨盆旋轉延遲，軀幹向後轉）代表落後於“PAoFC”，隨後是軀幹，骨盆和軀幹之間有足夠的分離。通常，類型4 的充分分離是由於腳接觸之前軀幹旋轉的轉回造成的。類型2-4 被認為具有「機械不當」的特徵。

 

表5 使用新方法計算不同類型的球速和投球數百分比。

^a,b 相同的上標表示所示組之間沒有統計學顯著差異 (p > 0.05); * p 值 < 0.05。 註：球速分析採用變異數分析（ANOVA），結果以平均值±標準差表示。

 

對於“專家判定”，如表5所示，類型1（正確力學）的 58個投擲中的53個屬於模式1。這意味著「專家判定」在檢測正確的力學方面的靈敏度為 91.4%。然而，類型 2-4（不正確的力學）在模式1中佔 37個，在模式 2 中佔 55 個，特異性為59.8%。雖然「專家判定」有利於識別正確的機制，但不足以始終如一地識別不正確的機制。人眼有其固有的局限性，有時會犯錯。例如，軀幹旋轉比骨盆旋轉更容易用人眼偵測到。因此，具有「準時」軀幹旋轉的類型3（骨盆旋轉延遲）看起來與類型1（適當的力學）相似。此外，專家之間的差異也是一個缺點。因此，新模式在區分不同力學方面更加精確且變化較小。

可以明確地確定糾正不當機制的策略。對於類型2來說，提高軀幹靈活度很重要。對於類型3和類型4，必須增強骨盆/臀部和核心的力量和爆發力。此外，有必要訓練前腳和膝蓋的正確位置和角度。此外，對於類型4應避免在FC 之前將軀幹轉回。

 

4.4 限制

在本研究有一些限制，研究專注於骨盆和軀幹的旋轉運動學。然而，可能影響球速的線性運動學被忽略了。骨盆和軀幹其他旋轉軸或身體其他部位（例如下肢和上肢）的混雜因素，可能與骨盆和軀幹旋轉有關也可能影響球速，此處未進行研究。樣本量小也是一個弱點，未來將進行進一步的研究以改善這些限制。 除了球速之外，也應將進行運動效應和實際應用特殊程序的研究。

 

結論

根據本研究的結果和特點，開發了一種使用「PAoFC」和「TPSoFC」來取代「專家判定」的新量化方法。骨盆和軀幹旋轉俯仰力學可分為四種。類型1（適當的力學）比其他三種類型產生明顯更高的球速，並且被認為具有從跨步腳到投擲上肢的足夠能量轉移。類型 2-4 被認為是“不正確的機制”，會導致球速變慢和能量傳遞效率降低。基於「專家判定」的質性方法可以識別適當的骨盆和軀幹旋轉力學。然而，量化分析在識別三種不正確類型的骨盆和軀幹旋轉力學方面更為精確。

此外，還可以針對不同的不正確類型，採用核心強化和靈活性訓練等特殊計劃，以提高投球技巧。本研究希望這種新的評估方法能幫助教練、投手和運動科學家認識並改善投球技巧和表現。

 

 

Lin YC, Chou PP, Lin HT, Shih CL, Lu CC, Su FC. A New Method for Evaluating Pelvic and Trunk Rotational Pitching Mechanics: From Qualitative to Quantitative Approaches. Int J Environ Res Public Health. 2021 Jan 21;18(3):905. doi: 10.3390/ijerph18030905. PMID: 33494309; PMCID: PMC7908422. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7908422/