RU2756567C1 - Method for biomechanical and electromyographic evaluation of weightlifting exercises - Google Patents

Abstract

FIELD: sports.

SUBSTANCE: invention relates to the field of sports and sports medicine, can be used by doctors in the sports medicine and exercise therapy, by coaches for operative control of biomechanical and electromyographic parameters of weightlifters during snatch or jerk weightlifting exercises, in particular, for evaluating the technical and physical fitness thereof in the preparatory and competitive periods of the training process. The technical result is achieved by providing a possibility of high-precision synchronous recording and processing of the kinematic, dynamic, electromyographic, and video data for analysing and monitoring the technical and physical fitness of weightlifters during weightlifting exercises. The new features of the invention therein are that: infrared illumination of markers is used, invisible to the human eye; high-speed synchronous video recording is conducted from three infrared cameras of the SMART system; passive infrared markers are used, attached to the body of the weightlifter and to the two ends of the bar of the barbell; angles, angular velocities in the hip, knee, ankle joints are calculated using three-dimensional coordinates of the markers; using the synchronised data on the coordinates of the barbell, the angles in the knee joint, the reaction forces of the right and left supports, as well as the bilateral video recording, the weightlifting exercises are divided into time phases by an instructor operator; the coefficients of asymmetry of the reaction forces of the right and left supports are calculated for individual phases of the weightlifting exercises; the electromyographic parameters of muscle groups are determined for individual phases of the weightlifting exercises by retrieving data from 8 wireless sensors of the surface electromyography system, attached to the body of the weightlifter.

EFFECT: creation of a method for biomechanical and electromyographic evaluation of weightlifting exercises for use in the sports medicine and exercise therapy.

1 cl, 3 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к области спорта и спортивной медицины, может быть использовано врачами спортивной медицины и лечебной физической культуры, тренерами для оперативного контроля за биомеханическими и электромиографическими параметрами тяжелоатлетов во время тяжелоатлетического упражнения рывок или толчок, в частности, для оценки технической и физической подготовленности спортсменов в подготовительном и соревновательном периоде тренировочного процесса.The invention relates to the field of sports and sports medicine, can be used by doctors of sports medicine and exercise therapy, coaches for operational control over the biomechanical and electromyographic parameters of weightlifters during a weightlifting exercise and the competitive period of the training process.

Уровень техники.State of the art.

Проведенный патентный анализ показывает, что в настоящее время специалистами предложены различные способы оценки технической и физической подготовленности спортсменов, однако, они характеризуются узкой направленностью и невысоким качеством контроля.The carried out patent analysis shows that at present specialists have proposed various methods for assessing the technical and physical fitness of athletes, however, they are characterized by a narrow focus and low quality of control.

Известно устройство для контроля и анализа биомеханических параметров спортсменов, заключающееся в передаче оперативной информации о перемещениях спортсменов на монитор компьютера с последующей обработкой полученной информации, формировании печатного отчета и записи результатов анализа в базу данных (RU2233685C1).A device for monitoring and analyzing the biomechanical parameters of athletes is known, which consists in transmitting operational information about the movements of athletes to a computer monitor with subsequent processing of the information received, generating a printed report and recording the analysis results into a database (RU2233685C1).

Недостатком данного способа является низкое качество контроля за технической и физической подготовленностью спортсменов, отсутствие анализа электромиографических параметров и определения роли мышечных групп участвующих в двигательных действиях при выполнении тяжелоатлетических упражнениях рывок и толчок, а также преимущественное использование в игровых видах спорта.The disadvantage of this method is the low quality of control over the technical and physical fitness of athletes, the lack of analysis of electromyographic parameters and determination of the role of muscle groups involved in motor actions when performing weightlifting exercises, snatch and jerk, as well as predominant use in game sports.

Другой, сходный с предыдущим, комплексный способ контроля и анализа движений соревновательного упражнения жим лежа спортсменов с поражением опорно-двигательного аппарата, занимающихся пауэрлифтингом, заключающийся в определении кинематических параметров движения соревновательного упражнения жим лежа системы штанга - спортсмен при подъеме и опускании штанги с заданными контрольными точками на снаряде путем съемки видеокамерой изучаемых движений, передачи в компьютер полученного изображения, записи информации с выделением временных интервалов и структурирования их по этапам, периодам, регистрации динамических и электромиографических параметров движения соревновательного упражнения жим лежа с передачей полученных данных на монитор компьютера, записью информации с выделением временных интервалов и структурированием их по этапам периодам и фазам, причем динамический параметр соревновательного упражнения жим лежа определяют путем получения данных от усилия, развиваемого спортсменом в области спины и таза за счет двух силокоординатных платформ с четырьмя группами датчиков, подключенных к компьютеру, электромиографические параметры движения соревновательного упражнения жим лежа определяют путем получения данных от электродов электромиографа, закрепленных на теле спортсмена и соединенных с компьютером и позволяющих регистрировать электрическую активность симметричных мышц, при этом программа синхронно записывает графики траекторий движения соревновательного упражнения жим лежа кинематических, динамических и электромиографических параметров с выделением временных интервалов, дополнительно разбивает на этапы, периоды и фазы соревновательное упражнение жим лежа с формированием печатного отчета (RU2618104C1).Another, similar to the previous one, a comprehensive method of monitoring and analyzing the movements of a competitive exercise, bench press of athletes with musculoskeletal system impairments, involved in powerlifting, which consists in determining the kinematic parameters of the movement of a competitive exercise bench press of the barbell system - an athlete when lifting and lowering the barbell with given control points on the apparatus by filming the studied movements with a video camera, transferring the resulting image to the computer, recording information with the allocation of time intervals and structuring them by stages, periods, recording the dynamic and electromyographic parameters of the movement of the competitive exercise Bench press with transferring the received data to the computer monitor, recording information with highlighting time intervals and their structuring by stages, periods and phases, and the dynamic parameter of the competitive exercise bench press is determined by obtaining data from the effort developed by the athlete in the area back and pelvis due to two force-coordinate platforms with four groups of sensors connected to the computer, electromyographic parameters of the competitive exercise bench press movement are determined by receiving data from the electromyograph electrodes fixed on the athlete's body and connected to the computer and allowing to register the electrical activity of symmetrical muscles, while the program synchronously records the graphs of the trajectories of movement of the competitive exercise bench press of kinematic, dynamic and electromyographic parameters with the allocation of time intervals, additionally divides the competitive exercise bench press into stages, periods and phases with the formation of a printed report (RU2618104C1).

Недостатком данного способа является выполнение спортсменами упражнения жим лежа, отсутствие инфракрасной подсветки маркеров в невидимом диапазоне света и скоростной видеосъемки в инфракрасном диапазоне, что ограничивает качество и точность контроля за технической и физической подготовленностью тяжелоатлетов, отсутствие определения углов, угловых скоростей в тазобедренном, коленном, голеностопном суставах, что не позволяет определить с высокой точностью фазо-временную структуру тяжелоатлетических упражнений, а также отсутствие анализа электромиографических параметров основных мышечных групп участвующих в двигательных действиях при выполнении тяжелоатлетических упражнений рывок и толчок.The disadvantage of this method is that athletes perform bench press exercises, the lack of infrared illumination of markers in the invisible range of light and high-speed video recording in the infrared range, which limits the quality and accuracy of control over the technical and physical fitness of weightlifters, the lack of determination of angles, angular velocities in the hip, knee, ankle joints, which does not allow to determine with high accuracy the phase-time structure of weightlifting exercises, as well as the lack of analysis of electromyographic parameters of the main muscle groups involved in motor actions when performing weightlifting exercises, snatch and jerk.

Наиболее близкое к заявленному изобретение - (RU2658255C1). Устройство для биомеханического контроля технической и физической подготовленности тяжелоатлетов, включающее в себя видеосъемку, запись информации в блок памяти и последующую обработку информации, отличающееся тем, что на обоих торцах грифа тяжелоатлетической штанги закрепляют маркеры, представляющие собой концентрические окружности черного и белого цвета, нарисованные на бумаге, непосредственно в тяжелоатлетический помост встроена динамометрическая платформа, которая позволяет при помощи тензометрических датчиков регистрировать динамические характеристики (сила реакции опоры, координаты центра давления), на основе которых рассчитывают кинематические характеристики движения общего центра масс системы «штангист + штанга», а видеосъемку осуществляют при помощи двух видеокамер одновременно.The closest to the claimed invention - (RU2658255C1). A device for biomechanical control of the technical and physical readiness of weightlifters, which includes video filming, recording information into a memory unit and subsequent processing of information, characterized in that markers are fixed on both ends of the weightlifting bar, which are concentric circles of black and white, drawn on paper , a dynamometric platform is built directly into the weightlifting platform, which allows using strain gauges to record dynamic characteristics (support reaction force, coordinates of the center of pressure), on the basis of which the kinematic characteristics of the movement of the common center of mass of the "weight lifter + barbell" system are calculated, and video recording is performed using two video cameras at the same time.

Недостатком данного изобретения является отсутствие двух динамометрических платформ, что не позволяет регистрировать реакции правой и левой опоры, проводить расчет асимметрий этих сил, отсутствие анализа электромиографических параметров и определения роли мышечных групп участвующих в двигательных действиях при выполнении тяжелоатлетических упражнений рывок и толчок, отсутствие инфракрасной подсветки маркеров в невидимом диапазоне света и скоростной видеосъемки в инфракрасном диапазоне, что ограничивает качество и точность контроля за технической и физической подготовленностью тяжелоатлетов, отсутствие определения углов, угловых скоростей в тазобедренном, коленном, голеностопном суставах, что не позволяет определить с высокой точностью фазо-временную структуру тяжелоатлетических упражнений.The disadvantage of this invention is the absence of two dynamometric platforms, which does not allow recording the reactions of the right and left support, calculating the asymmetries of these forces, the lack of analysis of electromyographic parameters and determining the role of muscle groups involved in motor actions when performing weightlifting exercises, snatch and jerk, lack of infrared illumination of markers in the invisible range of light and high-speed video recording in the infrared range, which limits the quality and accuracy of control over the technical and physical readiness of weightlifters, the lack of determination of angles, angular velocities in the hip, knee, ankle joints, which does not allow to determine with high accuracy the phase-time structure of weightlifting exercise.

Задача изобретения - создание способа биомеханической и электромиографической оценки тяжелоатлетических упражнений. The objective of the invention is to create a method for biomechanical and electromyographic assessment of weightlifting exercises.

Причем новым является то, что:Moreover, what is new is that:

- используется инфракрасная светодиодная подсветка маркеров невидимая для человеческого глаза (длина волны света 850 нм) и скоростная синхронная видеосъемка с трех рядом расположенных инфракрасных камер 1-3 (фиг. 1) высокоточной цифровой оптикоэлектронной измерительной системы 4 SMART (BTS S.p.A., Милан, Италия) [1] (фиг. 1) позволяющей записать видеосигнал и вычислить трехмерные координаты объектов с частотой не менее 100 Гц с погрешностью не более 0,3 мм. Инфракрасная подсветка может применяться в любых помещениях, в том числе и с высоким уровнем естественного освещения (высокий инфракрасный фон). Инфракрасная подсветка не вызывает раздражения глаз у диагностируемых тяжелоатлетов и создает комфортные условия проведения тестирования;- infrared LED illumination of markers is used invisible to the human eye (light wavelength 850 nm) and high-speed synchronous video recording from three nearby infrared cameras 1-3 (Fig. 1) of a high-precision digital optoelectronic measuring system 4 SMART (BTS SpA, Milan, Italy) [1] (Fig. 1) allowing to record a video signal and calculate three-dimensional coordinates of objects with a frequency of at least 100 Hz with an error of no more than 0.3 mm. Infrared illumination can be used in any room, including those with a high level of natural light (high infrared background). Infrared illumination does not irritate the eyes of diagnosed weightlifters and creates a comfortable testing environment;

- используются пассивные инфракрасные маркеры 5-11 отражающие свет в инфракрасном диапазоне частот в виде шаров диаметром 1,5 см на черной ножке с плоским основанием (фиг.2) прикрепляющиеся на двусторонний скотч или с помощью эластичных спортивных тейпов к телу тяжелоатлета 12 и к двум торцам грифа штанги 13 (фиг. 3) в соответствии с таблицей 1;- passive infrared markers 5-11 are used that reflect light in the infrared frequency range in the form of balls with a diameter of 1.5 cm on a black leg with a flat base (Fig. 2) attached to double-sided tape or using elastic sports tapes to the body of a weightlifter 12 and to two the ends of the bar of the bar 13 (Fig. 3) in accordance with table 1;

Таблица 1 - Места прикрепления инфракрасных маркеровTable 1 - Places of attachment of infrared markers

Номер инфракрасного маркераInfrared marker number Место прикрепления Place of attachment 55 латеральная часть края реберной дуги lateral part of the costal margin 66 латеральная часть тазобедренного суставаlateral part of the hip joint 77 латеральная часть коленного суставаlateral part of the knee joint 8eight латеральная часть голеностопного суставаlateral ankle 9nine латеральная часть плюсны стопыlateral part of the metatarsus 10ten торец грифа штангиbarbell butt 11eleven торец грифа штангиbarbell butt Примечание: маркеры 5-9 крепятся либо с правой либо с левой стороны тела тяжелоатлетаNote: 5-9 markers are attached to either the right or left side of the weightlifter's body

- системой 4 вычисляются углы, угловые скорости в тазобедренном, коленном, голеностопном суставах используя трехмерные координаты маркеров 5-9 (фиг. 3);- system 4 calculates angles, angular velocities in the hip, knee, ankle joints using the three-dimensional coordinates of markers 5-9 (Fig. 3);

- используя синхронизированные данные о координатах штанги, углах в коленном суставе, силах реакции правой и левой опоры, а также билатеральную видеосъемку тяжелоатлетические упражнения разделяются с помощью оператора-инструктора в системе 4 на временные фазы согласно схемы обоснованной А.А. Лукашевым [2,3] с точностью не менее 0,01 секунды;- using synchronized data on the coordinates of the bar, angles in the knee joint, reaction forces of the right and left support, as well as bilateral video filming, weightlifting exercises are divided with the help of an operator-instructor in system 4 into time phases according to the scheme substantiated by A.A. Lukashev [2,3] with an accuracy of not less than 0.01 seconds;

- системой 4 вычисляются коэффициенты асимметрии сил реакции правой и левой опоры [4] для отдельных фаз тяжелоатлетических упражнений;- system 4 calculates the asymmetry coefficients of the reaction forces of the right and left support [4] for individual phases of weightlifting exercises;

- электромиографические параметры (таблица 2) мышечных групп участвующих в двигательных действиях при выполнении тяжелоатлетических упражнений определяют для отдельных фаз тяжелоатлетических упражнений путем синхронного получения 16 битных данных с частотой не менее 1000 Гц от восьми беспроводных датчиков Д1-Д8 с активными электродами системы поверхностной электромиографии FREEEMG (BTS S.p.A., Милан, Италия) [1], закрепленных на теле тяжелоатлета с помощью липких электродов или эластичных спортивных тейпов в соответствии с таблицей 3 и соединенных с системой 4 с помощью беспроводных интерфейсов Bluetooth и WiFi.- electromyographic parameters (table 2) of muscle groups participating in motor actions during weightlifting exercises are determined for individual phases of weightlifting exercises by synchronously receiving 16 bit data with a frequency of at least 1000 Hz from eight wireless sensors D1-D8 with active electrodes of the surface electromyography system FREEEMG ( BTS SpA, Milan, Italy) [1], fixed to the body of a weightlifter with sticky electrodes or elastic sports tapes in accordance with Table 3 and connected to System 4 via Bluetooth and WiFi wireless interfaces.

Таблица 2 - Расчетные электромиографические параметры мышечных группTable 2 - Estimated electromyographic parameters of muscle groups

Название показателяIndicator name Единица измеренияunit of measurement средняя амплитуда ЭМГ мышцыaverage amplitude of EMG muscle мВmV максимальная амплитуда ЭМГ мышцыmaximum amplitude of EMG muscle мВmV доминирующая (пиковая) частота биоэлектрической активности мышцыdominant (peak) frequency of muscle bioelectrical activity ГцHz средняя частота биоэлектрической активности мышцыaverage frequency of muscle bioelectrical activity ГцHz медианная частота биоэлектрической активности мышцыmedian frequency of muscle bioelectrical activity ГцHz

Таблица 3 - Места прикрепления электродов системы электромиографии FREEEMGTable 3 - Places of attachment of electrodes of the FREEEMG electromyography system

Номер ЭМГ датчикаEMG sensor number Место прикрепления датчика на теле тяжелоатлетаPlace of attachment of the sensor on the body of the weightlifter Д1D1 левая трапециевидная мышца (musculus trapezius) - верхняя частьleft trapezius muscle (musculus trapezius) - upper part Д2D 2 правая трапециевидная мышца (musculus trapezius) - верхняя частьright trapezius muscle (musculus trapezius) - upper part Д3D3 левая четырехглавая мышца бедра (musculus quadriceps femoris): латеральная широкая мышца бедра - средняя частьleft quadriceps femoris muscle (musculus quadriceps femoris): broad lateral thigh muscle - middle part Д4D4 правая четырехглавая мышца бедра (musculus quadriceps femoris): латеральная широкая мышца бедра - средняя частьright quadriceps femoris muscle (musculus quadriceps femoris): broad lateral thigh muscle - middle part Д5D5 левая двуглавая мышца бедра (musculus biceps femoris): длинная головка - средняя частьleft biceps femoris muscle (musculus biceps femoris): long head - middle part Д6D6 правая двуглавая мышца бедра (musculus biceps femoris): длинная головка - средняя частьright biceps femoris muscle (musculus biceps femoris): long head - middle part Д7D 7 левая икроножная мышца (musculus gastrocnemius): латеральная головка - средняя частьleft gastrocnemius muscle (musculus gastrocnemius): lateral head - middle part Д8D8 правая икроножная мышца (musculus gastrocnemius): латеральная головка - средняя частьright gastrocnemius muscle (musculus gastrocnemius): lateral head - middle part

Поставленная задача достигается тем, что при помощи синхронной видеосъемки тремя высокоскоростными инфракрасными видеокамерами 1-3 высокоточной цифровой оптикоэлектронной измерительной системы 4 SMART (BTS S.p.A., Милан, Италия) [1] регистрируется движение штанги с частотой определения координат не менее 100 Гц с погрешностью не более 0,3 мм на основе трехмерных координат инфракрасных маркеров 10,11, закрепленных на обоих торцах тяжелоатлетического грифа 13 (фиг. 1, фиг. 3). Вычисляются углы, угловые скорости в тазобедренном, коленном, голеностопном суставах во время выполнения тяжелоатлетических упражнений используя трехмерные координаты маркеров 5-9 (фиг. 3). Видеозапись тяжелоатлетического упражнения осуществляют с частотой 24 Гц при помощи билатеральной (двухсторонней) видеосъемки двумя видеокамерами 14,15 системы Vixta (BTS S.p.A., Милан, Италия) (фиг. 1) [1]. Непосредственно в тяжелоатлетический помост 16 (фиг. 1) встроено две динамометрических платформы 17,18 (фиг. 1) системы 4, которые позволяют регистрировать с частотой не менее 100 Гц силу реакции правой и левой опоры. Используя синхронизированные данные о координатах штанги, углах в коленном суставе, силах реакции правой и левой опоры, а также билатеральную видеосъемку в системе 4 тяжелоатлетические упражнения разделяются с помощью оператора-инструктора на временные фазы согласно схемы обоснованной А.А. Лукашевым [2,3] с точностью не менее 0,01 секунды. Системой 4 вычисляются коэффициенты асимметрии сил реакции правой и левой опоры [4] для отдельных фаз тяжелоатлетических упражнений. Электромиографические параметры (таблица 2) мышечных групп участвующих в двигательных действиях при выполнении тяжелоатлетических упражнений определяют для отдельных фаз тяжелоатлетических упражнений путем получения данных с частотой не менее 1000 Гц от восьми беспроводных датчиков Д1-Д8 с активными электродами системы поверхностной электромиографии FREEEMG (BTS S.p.A., Милан, Италия) [1], закрепленных на теле спортсмена с помощью липких электродов или эластичных спортивных тейпов в соответствии с таблицей 3 и соединенных с системой SMART с помощью беспроводных интерфейсов Bluetooth и WiFi.The task is achieved by the fact that with the help of synchronous video filming by three high-speed infrared video cameras 1-3 of the high-precision digital optoelectronic measuring system 4 SMART (BTS SpA, Milan, Italy) [1], the movement of the rod is recorded with a frequency of coordinates determination of at least 100 Hz with an error of no more 0.3 mm based on the three-dimensional coordinates of infrared markers 10,11 attached to both ends of the weightlifting bar 13 (Fig. 1, Fig. 3). Angles, angular velocities in the hip, knee, ankle joints are calculated during weightlifting exercises using the three-dimensional coordinates of markers 5-9 (Fig. 3). Video recording of a weightlifting exercise is carried out at a frequency of 24 Hz using bilateral (two-way) video filming with two video cameras 14,15 of the Vixta system (BTS S.p.A., Milan, Italy) (Fig. 1) [1]. Directly into the weightlifting platform 16 (Fig. 1) are built two dynamometric platforms 17, 18 (Fig. 1) of the system 4, which allow registering the reaction force of the right and left support at a frequency of at least 100 Hz. Using synchronized data on the coordinates of the bar, angles in the knee joint, reaction forces of the right and left support, as well as bilateral video filming in system 4, weightlifting exercises are divided with the help of an instructor-operator into time phases according to the scheme substantiated by A.A. Lukashev [2,3] with an accuracy of at least 0.01 seconds. System 4 calculates the asymmetry coefficients of the reaction forces of the right and left support [4] for individual phases of weightlifting exercises. Electromyographic parameters (table 2) of muscle groups involved in motor actions during weightlifting exercises are determined for individual phases of weightlifting exercises by receiving data with a frequency of at least 1000 Hz from eight wireless sensors D1-D8 with active electrodes of the surface electromyography system FREEEMG (BTS SpA, Milan , Italy) [1], attached to the body of an athlete with sticky electrodes or elastic sports tapes in accordance with Table 3 and connected to the SMART system using wireless Bluetooth and WiFi interfaces.

Синхронизация получаемых кинематических, динамических, электромиографических и видео данных, их математическая обработка и формирование результирующего протокола для печати на принтере осуществляется с помощью компьютерной программы SMART-Clinic системы SMART (BTS S.p.A., Милан, Италия). Программное обеспечение для обработки и преобразования данных в информацию пригодную для анализа и контроля технической и физической подготовленности тяжелоатлетов создается в среде разработки программного обеспечения SMART ANALYZER системы SMART на языке программирования BTS и подключается в виде программного модуля к программе SMART-Clinic.Synchronization of the received kinematic, dynamic, electromyographic and video data, their mathematical processing and the formation of the resulting protocol for printing on a printer is carried out using the SMART-Clinic computer program of the SMART system (BTS S.p.A., Milan, Italy). Software for processing and converting data into information suitable for analyzing and monitoring the technical and physical fitness of weightlifters is created in the SMART ANALYZER software development environment of the SMART system in the BTS programming language and is connected as a software module to the SMART-Clinic program.

Пример осуществления изобретения сводится к следующемуAn example of implementation of the invention is as follows

Пример 1. Испытуемый тяжелоатлет А. Д., 19 лет, мастер спорта по тяжелой атлетике, тяжелоатлетическое упражнение - рывок, вес поднимаемой штанги 80 кг, собственный вес тяжелоатлета 60 кг. Тестирование тяжелоатлета проведено в лаборатории биомеханики с установленной в ней оптикоэлектронной измерительной системой 4 (фиг. 1) SMART. В среде разработки программного обеспечения SMART ANALYZER системы SMART на языке программирования BTS было разработано программное обеспечение для обработки и преобразования данных в информацию пригодную для анализа и контроля технической и физической подготовленности тяжелоатлетов в тяжелоатлетических упражнениях рывок и толчок. Разработанное программное обеспечение было подключено в виде программного модуля к программе SMART-Clinic. Способ был осуществлен следующим образом. Оператор-инструктор включил систему SMART и запустил компьютерную программу на ЭВМ SMART-Clinic, провел проверку работоспособности и калибровку двух видеокамер 14,15 системы Vixta, трех инфракрасных камер 1-3, двух динамометрических платформ 17-18, восьми беспроводных датчиков Д1-Д8 с активными электродами системы поверхностной электромиографии FREEEMG, занес в программу пол, возраст, фамилию, имя тестируемого, вес штанги, выбрал протокол (подмодуль для записи и анализа данных) тяжелоатлетического упражнения, осуществил старт нового исследования и активировал режим “наблюдение за данными”. Оператор-инструктор закрепил на теле тяжелоатлета с помощью липких электродов и эластичных спортивных тейпов в соответствии с таблицей 2 восемь беспроводных датчиков Д1-Д8 с активными электродами системы поверхностной электромиографии FREEEMG. Оператор-инструктор прикрепил инфракрасные маркеры 5-9 системы SMART на двусторонний скотч и с помощью эластичных спортивных тейпов к правой стороне тела тяжелоатлета и инфракрасные маркеры 10-11 к двум торцам грифа штанги 13 (фиг. 3) в соответствии с таблицей 1. Испытуемый встал на две динамометрические платформы 17-18 (фиг. 1) лицом к штанге, так чтобы правая нога стояла в центре правой платформы, а левая нога - в центре левой платформы. В компьютерной программе SMART-Clinic оператор-инструктор активировал режим “захват данных”. Испытуемый стоял ровно и спокойно 1-2 секунды для определения программой его веса без штанги, в это же время происходила программная калибровка вычисленных углов в тазобедренном, коленном, голеностопном суставах используя трехмерные координаты маркеров 5-9 (фиг. 3). Далее испытуемый выполнил тяжелоатлетическое упражнение рывок с фиксацией в течении 1-2 секунд штанги над головой. В компьютерной программе SMART-Clinic оператор-инструктор выключил режим “захват данных” и сохранил в базу данных программы полученные за время сеанса данные с двух видеокамер системы Vixta, трех инфракрасных камер, двух тензоплатформ, восьми беспроводных датчиков с активными электродами системы поверхностной электромиографии FREEEMG. Испытуемый опустил (бросил) штангу на помост. В компьютерной программе SMART-Clinic полученные данные с участием оператора-инструктора прошли автоматизированную математическую обработку, упражнение было разделено на фазы, программой был сформирован результирующий протокол для печати на принтере. Обработка данных сеанса в компьютерной программе SMART-Clinic выполнялась за три этапа обработки данных: присвоение названий переменным (данным), преобразование данных в информацию пригодную для анализа и контроля технической и физической подготовленности тяжелоатлетов, формирование печатной версии отчета. Время, затраченное на проведение тестирования и обработки данных составило около 30 минут. По окончании тестирования на дисплее системы SMART была отображена печатная версия отчета с расчетными показателями, часть этих показателей для одной из фаз (фазы подрыв 2.1) тяжелоатлетического упражнения отображена в таблице 4.Example 1. The tested weightlifter AD, 19 years old, master of sports in weightlifting, weightlifting exercise - snatch, weight of the lifted bar 80 kg, weight of the weightlifter 60 kg. The weightlifter was tested in a biomechanics laboratory with an optical-electronic measuring system 4 (Fig. 1) SMART installed in it. In the SMART ANALYZER software development environment of the SMART system in the BTS programming language, software was developed for processing and converting data into information suitable for analyzing and monitoring the technical and physical readiness of weightlifters in weightlifting snatch and jerk. The developed software was connected as a software module to the SMART-Clinic program. The method was carried out as follows. The operator-instructor turned on the SMART system and launched the computer program on the SMART-Clinic computer, checked the performance and calibrated two cameras 14,15 of the Vixta system, three infrared cameras 1-3, two dynamometric platforms 17-18, eight wireless sensors D1-D8 with active electrodes of the surface electromyography system FREEEMG, entered into the program gender, age, surname, first name of the tested person, weight of the barbell, selected the protocol (submodule for recording and analyzing data) of weightlifting exercise, started a new study and activated the “data observation” mode. The operator-instructor attached eight wireless sensors D1-D8 with active electrodes of the surface electromyography system FREEEMG to the weightlifter's body using sticky electrodes and elastic sports tapes in accordance with Table 2. The operator-instructor attached infrared markers 5-9 of the SMART system to double-sided tape and using elastic sports tapes to the right side of the weightlifter's body and infrared markers 10-11 to the two ends of the bar 13 (Fig. 3) in accordance with Table 1. The subject stood up onto two dynamometric platforms 17-18 (Fig. 1) facing the bar, so that the right leg is in the center of the right platform, and the left leg is in the center of the left platform. In the SMART-Clinic computer program, the operator-instructor activated the “data capture” mode. The subject stood exactly and calmly for 1-2 seconds to determine his weight without the barbell by the program, at the same time, the program calibrated the calculated angles in the hip, knee, ankle joints using the three-dimensional coordinates of markers 5-9 (Fig. 3). Next, the subject performed a weightlifting exercise, a snatch with fixation for 1-2 seconds, the barbell above his head. In the SMART-Clinic computer program, the operator-instructor turned off the “data capture” mode and saved the data obtained during the session from two Vixta cameras, three infrared cameras, two strain gauges, eight wireless sensors with active electrodes of the FREEEMG surface electromyography system to the program database. The subject lowered (threw) the barbell onto the platform. In the SMART-Clinic computer program, the data obtained with the participation of an operator-instructor underwent automated mathematical processing, the exercise was divided into phases, the program generated the resulting protocol for printing on a printer. The processing of the session data in the SMART-Clinic computer program was carried out in three stages of data processing: assigning names to variables (data), converting the data into information suitable for analyzing and monitoring the technical and physical fitness of weightlifters, and forming a printed version of the report. The time spent on testing and processing data was about 30 minutes. At the end of testing, a printed version of the report with the calculated indicators was displayed on the SMART system display, some of these indicators for one of the phases (undermining phase 2.1) of the weightlifting exercise are shown in Table 4.

Таблица 4 - Часть расчетных показателей с описанием, отображаемых в отчете оценки техники тяжелоатлетических упражнений во время фазы подрыв 2.1Table 4 - Part of the calculated indicators with a description displayed in the report of the assessment of the technique of weightlifting exercises during the undermining phase 2.1

Наименование показателяIndicator name Описание показателя с единицами измеренияMetric Description with Units Значение показателяIndicator value Временные показателиTime indicators Duration (s)Duration (s) длительность фазы (секунд)phase duration (seconds) 0,130.13 Силовые показателиPower indicators F (N) - leftF (N) - left значение вертикальной составляющей усилия на опору левой ногой в граничный момент между фазами 2.1 и 2.2 (Н)the value of the vertical component of the effort to support the left leg at the boundary moment between phases 2.1 and 2.2 (N) 959959 F (N) - rightF (N) - right значение вертикальной составляющей усилия на опору правой ногой в граничный момент между фазами 2.1 и 2.2 (Н)the value of the vertical component of the effort to support the right leg at the boundary moment between phases 2.1 and 2.2 (N) 10981098 Fmax (N) - leftFmax (N) - left максимальное значение вертикальной составляющей усилия на опору левой ногой (Н)the maximum value of the vertical component of the effort to support the left leg (N) 959959 Fmax (N) - rightFmax (N) - right максимальное значение вертикальной составляющей усилия на опору правой ногой (Н)the maximum value of the vertical component of the effort to support the right leg (N) 10981098 Fmax (N) - allFmax (N) - all максимальное значение вертикальной составляющей усилия на опору двумя ногами (Н)maximum value of the vertical component of the effort to support with two legs (N) 20582058 Fmean (N) - leftFmean (N) - left среднее значение вертикальной составляющей усилия на опору левой ногой (Н)the average value of the vertical component of the effort to support the left leg (N) 632632 Fmean (N) - right Fmean (N) - right среднее значение вертикальной составляющей усилия на опору правой ногой (Н)the average value of the vertical component of the effort to support the right leg (N) 819819 Fmean (N) - allFmean (N) - all среднее значение вертикальной составляющей усилия на опору двумя ногами (Н)the average value of the vertical component of the effort to support two legs (N) 14521452 Fasm_mean (%)Fasm_mean (%) коэффициент функциональной асимметрии средних значении вертикальной составляющей усилий правой/левой ногой на опору. the coefficient of functional asymmetry of the mean values of the vertical component of the efforts of the right / left leg on the support. 12,912.9 Fmin (N) - leftFmin (N) - left минимальное значение вертикальной составляющей усилия на опору левой ногой (Н)the minimum value of the vertical component of the effort to support the left leg (N) 484484 Fmin (N) - rightFmin (N) - right минимальное значение вертикальной составляющей усилия на опору правой ногой (Н)the minimum value of the vertical component of the effort to support the right leg (N) 697697 Fmin (N) - allFmin (N) - all минимальное значение вертикальной составляющей усилия на опору двумя ногами (Н)the minimum value of the vertical component of the effort to support with two legs (N) 11911191 Скоростные показателиSpeed indicators Jmax (N/s) - leftJmax (N / s) - left максимальная скорость увеличения вертикальной составляющей усилия на опору левой ногой (Н/с)maximum rate of increase in the vertical component of the effort to support the left leg (N / s) 85868586 Jmax (N/s) - right Jmax (N / s) - right максимальная скорость увеличения вертикальной составляющей усилия на опору правой ногой (Н/с)maximum rate of increase in the vertical component of the effort to support the right leg (N / s) 73347334 Jmax (N/s) - all Jmax (N / s) - all максимальная скорость увеличения вертикальной составляющей усилия на опору двумя ногами (Н/с)maximum rate of increase in the vertical component of the effort to support with two legs (N / s) 1534015340 Vmax (m/s)Vmax (m / s) максимальное значение вертикальной составляющей скорости грифа (м/с)maximum value of the vertical component of the bar speed (m / s) 1,281.28 Показатели расстоянияDistance indicators H (sm)H (sm) высота подъема штанги в граничный момент между фазами 2.1 и 2.2 (см)lifting height of the bar at the boundary moment between phases 2.1 and 2.2 (cm) 4343 DeltaH (sm)DeltaH (sm) вертикальное перемещение грифа штанги (см)vertical movement of the bar bar (cm) 1515 оказатели кинематикиkinematics indicators A hip (d)A hip (d) угол в правом тазобедренном суставе в граничный момент между фазами 2.1 и 2.2 (градусов)angle in the right hip joint at the boundary moment between phases 2.1 and 2.2 (degrees) 129129

Продолжение таблицы 4Continuation of table 4

Delta hip (d)Delta hip (d) амплитуда сгибания правого тазобедренного сустава (градусов)amplitude of flexion of the right hip joint (degrees) 3838 Wmax hip (d/s)Wmax hip (d / s) максимальная угловая скорость сгибания правого тазобедренного сустава (градусов/с)maximum angular speed of flexion of the right hip joint (degrees / s) 358358 A knee joint (d)A knee joint (d) угол в правом коленном суставе в граничный момент между фазами 2.1 и 2.2 (градусов)angle in the right knee joint at the boundary moment between phases 2.1 and 2.2 (degrees) 129129 Delta knee joint (d) Delta knee joint (d) амплитуда сгибания правого коленного сустава (градусов)amplitude of flexion of the right knee joint (degrees) -14-fourteen Wmax knee joint (d/s) Wmax knee joint (d / s) максимальная угловая скорость сгибания правого коленного сустава (градусов/с)maximum angular speed of flexion of the right knee joint (degrees / s) 163163 A ankle (d)A ankle (d) угол в правом голеностопном суставе в граничный момент между фазами 2.1 и 2.2 (градусов)angle in the right ankle joint at the boundary moment between phases 2.1 and 2.2 (degrees) 6666 Delta ankle (d)Delta ankle (d) амплитуда сгибания правого голеностопного сустава (градусов)amplitude of flexion of the right ankle joint (degrees) -13-13 Wmax ankle (d/s) Wmax ankle (d / s) максимальная угловая скорость сгибания правого голеностопного сустава (градусов/с)maximum angular speed of flexion of the right ankle joint (degrees / s) 153153 MaxForward (sm)MaxForward (sm) максимальный вылет вперед штанги от атлета в фазе движения относительно ее исходного положения на старте (со знаком плюс) (см)the maximum outreach of the barbell from the athlete in the phase of movement relative to its initial position at the start (with a plus sign) (cm) -2,7-2.7 MaxBackward (sm)MaxBackward (sm) максимальное приближение штанги к атлету в фазе движения относительно ее исходного положения на старте (со знаком минус) (cм)maximum approach of the bar to the athlete in the phase of movement relative to its initial position at the start (with a minus sign) (cm) -5,4-5.4 Показатели мощностиPower indicators PMax (BT)PMax (BT) максимальная вертикальная полезная мощность тяжелоатлета в фазе движения (Вт)maximum vertical net power of the weightlifter in the movement phase (W) 11531153 PMax/BodyW (BT/N) PMax / BodyW (BT / N) отношение максимальной вертикальной полезной мощности тяжелоатлета в фазе движения к весу тяжелоатлета (Вт/Н)the ratio of the maximum vertical net power of the weightlifter in the movement phase to the weight of the weightlifter (W / N) 18eighteen PMean (BT)PMean (BT) средняя вертикальная полезная мощность тяжелоатлета в фазе движения (Вт)average vertical net power of the weightlifter in the movement phase (W) 918918 Отдельные показателиSelected indicators Jmosh (N/s) - leftJmosh (N / s) - left скорость увеличения вертикальной составляющей усилия на опору левой ногой в момент отделения штанги от помоста (Н/с)the rate of increase in the vertical component of the effort to support the left leg at the moment of separation of the bar from the platform (N / s) 12451245 Jmosh (N/s) - rightJmosh (N / s) - right скорость увеличения вертикальной составляющей усилия на опору правой ногой в момент отделения штанги от помоста (Н/с)the rate of increase in the vertical component of the effort to support the right leg at the moment of separation of the bar from the platform (N / s) 698698 HFinishMах (sm)HFinishMах (sm) максимум высоты траектории штанги относительно начала подъема (см)maximum height of the boom trajectory relative to the beginning of the rise (cm) 150150 HVMax (sm)HVMax (sm) высота достижения максимальной скорости движения снаряда (см) относительно начала подъемаheight of reaching the maximum speed of the projectile (cm) relative to the beginning of the rise 6666 HVMax (%)HVMax (%) высота достижения максимальной скорости движения снаряда (% от Hмах)height to reach the maximum speed of the projectile (% of Hmax) 4444 DeltaHP (sm)DeltaHP (sm) разница максимальной высоты вылета снаряда и высоты фиксации в подседе (см)the difference between the maximum height of the projectile departure and the height of fixation in the seat (cm) 3535 ST (N * s)ST (N * s) импульс силы в тяге (Н*с) за вычетом веса атлета и веса штангиimpulse of force in the thrust (N * s) minus the weight of the athlete and the weight of the bar 10,410.4

Продолжение таблицы 4Continuation of table 4

ST (%)ST (%) импульс силы в тяге (% от общего импульса силы при выполнении упражнения)impulse of force in the thrust (% of the total impulse of force during the exercise) 62,162.1 SP (N*s)SP (N * s) импульс силы в подрыве (Н*с) за вычетом веса атлета и веса штангиimpulse of force in undermining (N * s) minus the weight of the athlete and the weight of the barbell 6,36.3 SP (%)SP (%) импульс силы в подрыве (% от общего импульса силы при выполнении упражнения) impulse of force in undermining (% of the total impulse of force during the exercise) 37,937.9 Показатели электромиографииElectromyography indicators Trapezius1L Mean (mV)Trapezius1L Mean (mV) левая трапециевидная мышца - средняя амплитуда ЭМГ мышцы (мВ)left trapezius muscle - average amplitude of EMG muscle (mV) 0,5650.565 Trapezius1L Max (mV)Trapezius1L Max (mV) левая трапециевидная мышца - максимальная амплитуда ЭМГ мышцы (мВ)left trapezius muscle - maximum amplitude of EMG muscle (mV) 1,7841,784 Trapezius1L Fpeak (Hz)Trapezius1L Fpeak (Hz) левая трапециевидная мышца - доминирующая (пиковая) частота биоэлектрической активности мышцы (Гц)left trapezius muscle - the dominant (peak) frequency of the bioelectrical activity of the muscle (Hz) 8383 Trapezius1L FMean (Hz)Trapezius1L FMean (Hz) левая трапециевидная мышца - средняя частота биоэлектрической активности мышцы (Гц)left trapezius muscle - average frequency of muscle bioelectrical activity (Hz) 7676 Trapezius1L Median (Hz)Trapezius1L Median (Hz) левая трапециевидная мышца - медианная частота биоэлектрической активности мышцы (Гц)left trapezius muscle - median frequency of muscle bioelectrical activity (Hz) 8383 Trapezius2R Mean (mV)Trapezius2R Mean (mV) правая трапециевидная мышца - средняя амплитуда ЭМГ мышцы (мВ)right trapezius muscle - average amplitude of EMG muscle (mV) 0,6450.645 Trapezius2R Max (mV)Trapezius2R Max (mV) правая трапециевидная мышца - максимальная амплитуда ЭМГ мышцы (мВ)right trapezius muscle - maximum amplitude of EMG muscle (mV) 1,7431,743 Trapezius2R FPeak (Hz)Trapezius2R FPeak (Hz) правая трапециевидная мышца - доминирующая (пиковая) частота биоэлектрической активности мышцы (Гц)right trapezius muscle - dominant (peak) frequency of muscle bioelectrical activity (Hz) 30thirty Trapezius2R FMean (Hz)Trapezius2R FMean (Hz) правая трапециевидная мышца - средняя частота биоэлектрической активности мышцы (Гц)right trapezius muscle - average frequency of muscle bioelectrical activity (Hz) 6464 Trapezius2R FMedian (Hz)Trapezius2R FMedian (Hz) правая трапециевидная мышца - медианная частота биоэлектрической активности мышцы (Гц)right trapezius muscle - median frequency of muscle bioelectrical activity (Hz) 5353

Технический результат заключается в обеспечении возможности высокоточной синхронной регистрации и обработки кинематических, динамических, электромиографических и видео данных для анализа и контроля технической и физической подготовленности тяжелоатлетов при выполнении тяжелоатлетических упражнений. The technical result consists in providing the possibility of high-precision synchronous registration and processing of kinematic, dynamic, electromyographic and video data for the analysis and control of technical and physical fitness of weightlifters when performing weightlifting exercises.

Таким образом, способ биомеханической и электромиографической оценки тяжелоатлетических упражнений обладает новыми свойствами, обуславливающими получение положительного эффекта.Thus, the method of biomechanical and electromyographic assessment of weightlifting exercises has new properties that lead to a positive effect.

Литература (4)Literature (4)

1, SMART-DX High precision optoelectronic systems for motion analysis [Электронный ресурс] - URL: https://www.btsbioengineering.com/products/smart-dx/ (дата обращения: 24.08.2020)1, SMART-DX High precision optoelectronic systems for motion analysis [Electronic resource] - URL: https://www.btsbioengineering.com/products/smart-dx/ (date accessed: 24.08.

2. Лукашев А.А. Анализ техники выполнения рывка тяжелоатлетами высокой квалификации: автореф. … канд. пед. наук: 13.00.04. - М.: ГЦОЛИФК, 1972. - 35 с.2. Lukashev A.A. Analysis of the jerk execution technique by highly qualified weightlifters: abstract of Ph.D. ... Cand. ped. Sciences: 13.00.04. - M .: GTsOLIFK, 1972 .-- 35 p.

3. Дворкин Л.С. Тяжелая атлетика: методика подготовки юного тяжелоатлета : учеб. пособие для вузов / Л. С. Дворкин. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Издательство Юрайт, 2017. - 375 с.3. Dvorkin L.S. Weightlifting: methodology for training a young weightlifter: textbook. manual for universities / LS Dvorkin. - 2nd ed., Rev. and add. - M.: Yurayt Publishing House, 2017 .-- 375 p.

4. Леутин В.П. Функциональная асимметрия мозга: мифы и действительность / В.П. Леутин, Е.И. Николаева - СПб., Речь, 2005. - 366 с.4. Leutin V.P. Functional asymmetry of the brain: myths and reality / V.P. Leutin and E.I. Nikolaeva - SPb., Speech, 2005 .-- 366 p.

Цитируемые патенты (3)Patents cited (3)

Номер публикацииPublication number Дата приоритетаPriority date Дата публикацииDate of publication ПравообладательCopyright holder НаименованиеName RU2233685C1RU2233685C1 2003-07-152003-07-15 2004-08-102004-08-10 Зайцев Вячеслав Кузьмич (RU)Zaitsev Vyacheslav Kuzmich (RU) Способ контроля и анализа биомеханических параметров спортсменовMethod of control and analysis of biomechanical parameters of athletes RU2618104C1RU2618104C1 2016-05-162016-05-16 2017-05-022017-05-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма" (ФГБОУ ВПО КГУФКСТ) (RU)Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Kuban State University of Physical Culture, Sports and Tourism" (FGBOU VPO KSUFKST) (RU) Комплексный способ контроля и анализа движений соревновательного упражнения жим лежа
спортсменов с поражением опорно-двигательного аппарата занимающихся пауэрлифтингомA complex method of control and analysis of movements of a competitive exercise bench press
athletes with musculoskeletal disorders involved in powerlifting RU2658255C1RU2658255C1 2017-07-212017-07-21 2018-07-212018-07-21 Шалманов Анатолий Александрович (RU)
Гусач Юрий Игоревич (RU)Shalmanov Anatoly Alexandrovich (RU)
Gusach Yury Igorevich (RU) Устройство для биомеханического контроля технической и физической подготовленности тяжелоатлетовDevice for biomechanical control of technical and physical fitness of weightlifters

Claims (1)

Способ биомеханической и электромиографической оценки тяжелоатлетических упражнений, включающий в себя синхронную видеосъемку двумя видеокамерами, измерение сил реакции опор с помощью двух динамометрических платформ, закрепление маркеров на торцах грифа тяжелоатлетической штанги, запись информации в блок памяти компьютера измерительной системы и последующую математическую обработку информации, отличающийся тем, что используется инфракрасная светодиодная подсветка маркеров, невидимая для человеческого глаза, и скоростная синхронная видеосъемка с трех рядом расположенных инфракрасных камер высокоточной цифровой оптикоэлектронной измерительной системы; используются пассивные инфракрасные маркеры, отражающие свет в инфракрасном диапазоне частот в виде шаров диаметром 1,5 см на черной ножке с плоским основанием, прикрепляющиеся на двусторонний скотч или с помощью эластичных спортивных тейпов к телу тяжелоатлета и к двум торцам грифа штанги; измерительной системой вычисляются углы, угловые скорости в тазобедренном, коленном, голеностопном суставах, используя трехмерные координаты маркеров; используя синхронизированные данные о координатах штанги, углах в коленном суставе, силах реакции правой и левой опор, а также билатеральную видеосъемку, тяжелоатлетические упражнения разделяются с помощью оператора-инструктора в измерительной системе на временные фазы с точностью не менее 0,01 секунды; измерительной системой вычисляются коэффициенты асимметрии сил реакции правой и левой опор для отдельных фаз тяжелоатлетических упражнений; электромиографические параметры мышц мышечных групп, участвующих в двигательных действиях при выполнении тяжелоатлетических упражнений, определяют для отдельных фаз тяжелоатлетических упражнений путем синхронного получения данных от восьми беспроводных датчиков с активными электродами системы поверхностной электромиографии, закрепленных на теле тяжелоатлета с помощью липких электродов или эластичных спортивных тейпов и соединенных с измерительной системой с помощью беспроводных интерфейсов Bluetooth и WiFi.A method of biomechanical and electromyographic assessment of weightlifting exercises, including synchronous video filming with two video cameras, measurement of support reaction forces using two dynamometric platforms, fixing markers on the ends of the weightlifting bar, recording information into the computer memory unit of the measuring system and subsequent mathematical processing of information, which differs in that that infrared LED illumination of markers is used, which is invisible to the human eye, and high-speed synchronous video recording from three adjacent infrared cameras of a high-precision digital optoelectronic measuring system; passive infrared markers are used that reflect light in the infrared frequency range in the form of balls with a diameter of 1.5 cm on a black leg with a flat base, attached to double-sided tape or using elastic sports tapes to the body of the weightlifter and to the two ends of the bar; the measuring system calculates angles, angular velocities in the hip, knee, ankle joints, using the three-dimensional coordinates of the markers; using synchronized data on the coordinates of the bar, angles in the knee joint, reaction forces of the right and left supports, as well as bilateral video filming, weightlifting exercises are divided into time phases with the help of an instructor-operator in the measuring system with an accuracy of at least 0.01 seconds; the measuring system calculates the asymmetry coefficients of the reaction forces of the right and left supports for individual phases of weightlifting exercises; electromyographic parameters of muscles of muscle groups involved in motor actions during weightlifting exercises are determined for individual phases of weightlifting exercises by synchronously receiving data from eight wireless sensors with active electrodes of the surface electromyography system fixed on the weightlifter's body using sticky electrodes or elastic sports tapes and connected with a measuring system using wireless Bluetooth and WiFi interfaces.

Images