Fehér könyv: Validációs vektor T7

Matthew C. Varley, Susanne Ellens, David Carey. Sport, teljesítmény és táplálkozás kutatócsoport, School of Allied Health, Human Services, & Sport, La Trobe University, Melbourne, VIC, Ausztrália.

1. Bevezetés
2. Módszerek
3. Statisztikai elemzés
4. Eredmények
5. Összefoglaló
6. Hivatkozások

1. BEVEZETÉS

A sportolói nyomkövető rendszerek a sportban nélkülözhetetlen eszközzé váltak. Ezek a rendszerek lehetővé teszik a szakemberek számára, hogy számszerűsítsék és elemezzék a sportolók mozgását az edzésterhelés, a fizikai teljesítmény, a taktikai viselkedés és a sérülésveszély jobb megértése^{érdekében1.}

Bár számos nyomkövető rendszer áll rendelkezésre, a legtöbbnek vannak korlátai, ha beltérben használják. A ClearSky helyi helymeghatározó rendszer(LPS) egy olyan technológia, amely beltéri környezetben biztosítja a sportolók teljesítményének követését és mérését. A rendszer konkrétan a pozíciót és a pozícióból származó mérőszámokat, például a távolságot, a sebességet és a gyorsulást adja ki.

A Vector T7 egy új viselhető eszköz, amelyet a ClearSky rendszerrel együtt használnak. A Vector T7 hasonló a ClearSky-vel használt korábbi eszközökhöz (Vector S7 és Catapult T6), mintavételi frekvenciája 10 Hz.

A Vector T7 azonban TDOA (Time Difference of Arrival) protokollt használ a pozíció meghatározásához, míg a korábbi eszközök TWR (Two Way Ranging) protokollt használtak. A TDOA protokoll előnye, hogy a TWR protokollhoz képest lényegesen kisebb energiafogyasztást igényel az eszköz számára, miközben a helymeghatározási adatok pontossága megmarad.

Ez a teljesítménycsökkentés lehetővé teszi a készülék méretének csökkentését. A kisebb készülékméret lehetővé teszi, hogy a Vector T7-et a sportoló több helyen is viselhesse, beleértve a hagyományos, lapockák közötti vagy deréktájon történő elhelyezést is.

A sportolói nyomkövető rendszereknek validálniuk kell a sportolók mozgásának mérésére való képességüket, hogy a szakemberek megbízhassanak az adatokban, és így döntéseket hozhassanak az edzésekkel és a mérkőzésekkel kapcsolatos gyakorlatokról. Mint minden technológia esetében, a gyártók idővel frissített modelleket adnak ki, ahogyan a készülék hardverét és a mögöttes algoritmusokat is fejlesztik.

Minden új modell validálást igényel annak megállapítása érdekében, hogy az új eszköz képes-e mérni azt, amit mérni szándékozik (pl. pozíció, sebesség és gyorsulás)^.1 Ez általában úgy történik, hogy az eszközből származó adatokat összehasonlítják egy kritériumméréssel. A Vicon rendszer egy olyan mozgásrögzítő kamerarendszer, amelyet a pozíció mérésének arany standardjának tartanak. Gyakori, hogy a Vicon rendszerét használják kritérium mérőeszközként a sportolók követési technológiájának validálásakor^{.2, 3}

Tanulmányok értékelték a Catapult T6 eszközök érvényességét a távolság, a sebesség és a gyorsulás mérésére csapatsport-specifikus feladatok során, beleértve a lineáris maximális erőfeszítéseket és az irányváltoztató mozgásokat^.4,5,6.

Ezek a tanulmányok egy mozgásrögzítő kamerarendszert (Vicon vagy Qualisys Oqus) használtak kritériumként, és valamennyi tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a Catapult T6 eszközök elfogadható érvényességgel rendelkeznek a sportolók mozgásának értékelésére. Mivel a Vector T7-et csak nemrégiben fejlesztették ki, szükség van ennek az eszköznek a validálására.

Ezért e tanulmány célja az volt, hogy felmérje az új Vector T7 eszközök érvényességét a távolság, a sebesség és a gyorsulás mérésére.

→ Töltse le ezt a Vector T7 fehér könyvet ide kattintva.

2. MÓDSZEREK

A vizsgálatban hat szabadidős tevékenységet folytató férfi résztvevő (28,8 ± 5,6 éves) vett részt. Minden résztvevő írásbeli beleegyezését adta a vizsgálatban való részvételhez, és az alkalmazott eljárásokat a La Trobe Egyetem Humán Kutatási Etikai Bizottságának jóváhagyásával végezték.

Az adatgyűjtés egy 40 x 70 m-es sportcsarnokban zajlott, amely három kosárlabdapályából állt. A résztvevők hét különböző mozgáspróbát végeztek egy 20 x 5 m-es területen az egyik kosárlabdapályán. A próbák során a játékosok mozgási adatait egy LPS (Catapult ClearSky, Catapult, Melbourne, Ausztrália) és egy 20 kamerás mozgáselemző rendszer (Vantage, Vicon Motion Systems, Oxford, Egyesült Királyság) segítségével gyűjtötték.

Az egyes vizsgálatok leírása és vázlatos ábrája az 1. táblázatban és az 1. ábrán látható. A résztvevőket arra kérték, hogy minden próbát maximális intenzitással végezzenek el, és a próba végén álljanak meg teljesen (lassítás). A résztvevők a próba megkezdése előtt 5 perces bemelegítést végeztek. Minden egyes mozgáspróbát kétszer végeztek el, összesen 14 próbát, az egyes próbák között ~3 perc különbséggel. 

A résztvevők négy különböző helyen elhelyezett négy Vector T7 készülékkel voltak felszerelve. Az egyik készüléket a résztvevő lapockái között helyezték el a gyártó által biztosított mellény segítségével.

A fennmaradó három eszközt a résztvevők dereka körül helyezték el, különösen elöl (a két elülső felső csípőcsonti gerinc közötti középpont keresztmetszete), bal oldalon (az elülső és a hátsó felső csípőcsonti gerinc közötti középpont keresztmetszete) és hátul (a két hátsó felső csípőcsonti gerinc közötti középpont keresztmetszete) a gyártó által biztosított egyedi derékszíj-klipszben, amelyet a résztvevők rövidnadrágjára kapcsoltak.

A mozgásvizsgálatoktól elkülönítve egy statikus vizsgálatot végeztek a Vector T7 eszközök stabilitásának értékelésére, rögzített elhelyezési protokollt alkalmazva. Három készüléket helyeztünk egy-egy állványra (1,5 m magasságban), és 10 percig hagytuk, hogy adatokat gyűjtsön. A készülékek közül kettőt a középső pálya közepén, egyet pedig a pálya széles szélén helyeztek el.

A ClearSky LPS-t a sportcsarnok körül telepítették, és 21 horgonyzó csomópontból állt, amelyeket a talajtól átlagosan 8,4 m magasságban rögzítettek, az egyes csomópontok közötti átlagos távolság 10,4 m volt. Az adatokat 10 Hz-es frekvencián rögzítették és a gyártó szoftverévelOpenField 3.9.0 verzió) dolgozták fel. A sebesség, a gyorsulás, az x-y pozíció és az útmérő (kumulatív távolság) adatait minden egyes kísérlethez exportáltuk a további elemzéshez.

A 20 kamerás mozgáselemző rendszer (Vicon) 100 Hz-es mintavételezéssel, a távolság, a sebesség és a gyorsulás mérésére használták a kritériumot. A kamerákat állványokra szerelték, és 3 m-re helyezték el annak a területnek a kerületétől, ahol a mozgáspróbákat végezték. Négy 32 mm átmérőjű fényvisszaverő jelzőt helyeztek el a gyártó által szállított mellény és a Vector T7 készülékeket tartalmazó derékszíj-klipsz külső oldalán, az egyes készülékek közepének megfelelően.  

A Vicon-adatok címkézése és feldolgozása a Vicon Nexus 2.14 programmal történt. A nyers Vicon-adatok adatfeldolgozása negyedrendű aluláteresztő Butterworth-szűrővel történt, 3 Hz-es határfrekvenciával, amelyet a maradékelemzés alapján határoztak meg. Az adatokban lévő ≤50 ms (5 minta) hézagokat spline-interpolációval töltöttük ki, az ≥50 ms-os hézagokat kizártuk az elemzésből. Az elemzéshez a szűrt 100 Hz-es Vicon-adatok XY-koordinátáit használtuk, a z-koordinátákat (függőleges elmozdulás) elhanyagoltuk a számítások során, mivel a ClearSky kétdimenziós (2D) pozicionálásra volt konfigurálva.

Az egyes mozgáspróbák (n=320) négy Vicon markerének mindegyikére kiszámítottuk a 2D sebességet a pozíciós adatok differenciálásával és a gyártó szoftverében használt szűrő alkalmazásával az LPS-adatokra. Ezt az információt a gyártó bocsátotta a kutatók rendelkezésére; a részleteket azonban a gyártó szellemi tulajdonjogai miatt itt nem közöljük. Hasonlóképpen, a gyorsulást a sebességadatok differenciálásával és a gyártói előírások szerinti szűréssel számították ki.

A Viconból származó mérési adatokat 10 Hz-re mintavételezték, majd a sebességjelek keresztkorrelációjával szinkronizálták a Catapult-adatokkal, hogy megtalálják a korrelációt maximalizáló időeltolódást. Minden adatfeldolgozást és elemzést az R statisztikai programozási nyelv (4.0.4-es verzió⁾⁷ és a gsignal ^csomag8 segítségével végeztünk.

1. táblázat. A mozgásvizsgálatok leírása

1. ábra. A) A hét különböző mozgáskísérlet vázlata. B) Beállítás az adatgyűjtés során, minden kísérlet a kiindulási referenciaponttól (fehér kör), Vicon kamerák (fekete trapéz), ClearSky horgonyzó csomópontok (fehér háromszögek). Megjegyzés: A teljes sportcsarnok (40 x 70 m) az áttekinthetőség kedvéért nem teljes egészében látható).

→ Töltse le ezt a Vector T7 fehér könyvet ide kattintva.

3. STATISZTIKAI ELEMZÉS

Mozgásvizsgálatok

A következő mérőszámokat számoltuk ki minden egyes kísérletre, összehasonlítva a Vector T7 és a Vicon származtatott adatait: a sebesség és a gyorsulás átlagos standard különbségének gyökere (RMSD), valamint a minta-minta pozicionális távolságának átlagos abszolút különbsége (MAD). Azokat a Vicon-kísérleteket, amelyeknél a hiányzó adatok aránya meghaladta a 10%-ot, kizártuk az elemzésekből (n = 12), mivel a szűrési módszer miatt az adatokban hiányos adatok esetén szélekhatások jelentkeztek. Az eredményeket átlag, medián és interkvartilis tartományok (IQR) formájában mutatjuk be minden egyes mérőszámra, az összes vizsgálatra vonatkozóan, valamint az eszköz helye és a mozgás típusa szerint rétegezve.

Statikus vizsgálatok

A statikus készülékkel végzett vizsgálatoknál kiszámították a minta-mintadarab távolságot és elmozdulást. Az eredményeket a távolság átlaga, mediánja, IQR-je és kumulatív összege, valamint a 10 perces vizsgálat első és utolsó mintájától az utolsó mintáig terjedő elmozdulásként mutatjuk be. Az eredményekben minden egyes eszköz esetében a gyártó "kilométer-számláló" mérőszáma szerepelt a számított megtett távolság referenciapontjaként.

4. EREDMÉNYEK

Mozgásvizsgálatok

A ClearSky LPS és a Vicon által származtatott sebesség közötti különbségeket a 2. táblázat és a 2. ábra mutatja. A négy vizsgált eszközpozíció közül a mellényben viselt eszköznek volt a legkisebb az átlagos és a medián RMSD-je, és a deréktájon elöl viselt eszköznek a legnagyobb.

Ez a megfigyelés megismétlődött a gyorsulás RMSD-je esetében is(3. táblázat és 2. ábra). A lineáris mozgáspróbáknál volt a legszorosabb az egyezés a módszerek között a sebesség esetében. Az¹⁸⁰⁰ irányváltoztatási mozgáspróba eredményezte a legnagyobb RMSD-értékeket a gyorsulás tekintetében.

2. táblázat. RMSD sebesség (^m-s-1) a Catapult eszközök és a Vicon mozgáselemző rendszer között.

3. táblázat. RMSD gyorsulás (^m-s-2) a Catapult eszközök és a Vicon mozgáselemző rendszer között.

2. ábra. Az RMSD sebesség (első sor) és gyorsulás (második sor) eredményei minden egyes kísérletre, az eszköz helye (első oszlopok) és a mozgás típusa (második oszlop) szerint rétegezve.

A 4. táblázat a Vector T7 és a Vicon pozíciókövetési adataiból származó minta-mintatávolság MAD értékét mutatja. Az összes próbát tekintve az átlagos különbség 0,39 m volt, a különbségek nagyobbak voltak a derék elülső részén viselt készüléknél és a körmozgás próbája során.

4. táblázat. A Catapult eszközök és a Vicon mozgáselemző rendszer közötti minta-mintatávolság (m) MAD.

Statikus vizsgálatok

Az összes helyhez kötött eszköz minta-minta távolságának mediánja és IQR értéke nulla volt(5. táblázat), ami azt jelzi, hogy az eszközök az időlépések többségében nem változtatták meg x- vagy y-koordinátáikat.

A készülékek azonban rögzítettek bizonyos helyzetváltozásokat, így a minták közötti átlagos távolság körülbelül 1-2 mm volt. 10 perc alatt nem volt erős iránybeli torzítás, és az eszközök végső helyzete nagyon közel volt a kiindulási helyzetükhöz (a végső elmozdulás néhány centiméteres nagyságrendű volt).

A gyártó által a kumulatív távolság (a "kilométer-számláló" változó) kiszámításához használt saját adatfeldolgozás és szűrés képes volt korrigálni a kis helyváltoztatásokat, és 0,02 m-nél kisebb teljes távolságot adott vissza.

5. táblázat. A statikus kísérletek eredményei (három készülék 10 percig állva hagyva).

→ Töltse le ezt a Vector T7 fehér könyvet ide kattintva.

5. ÖSSZEFOGLALÓ

• A Vector T7 eszközöknek alacsony volt a sebesség és a gyorsulás mérésének RMSD-je, és alacsony a távolság mérésének MAD-je a nagy gyorsulással, lassulással és irányváltoztatással járó mozgáspróbák során.
• A Vector T7 készülékek a gyorsulás mérésénél hasonlóan alacsony RMSD-t mutattak az összes mozgáspróbában, kivéve a 180 fokos irányváltoztatást, ahol az RMSD valamivel magasabb volt. Ez valószínűleg annak köszönhető, hogy ebben a kísérletben a mozgások nagyobb gyorsulási/lassulási sebességgel jártak, és azt sugallja, hogy a hiba a sebességváltozási sebesség növekedésével nő. Ez a hiba azonban még mindig alacsonynak tekinthető (az átlagos RMSD 1,24). 
• A mellény elhelyezése eredményezte a legkisebb hibát a sebesség, a gyorsulás és a távolság mérésénél, míg az eszköznek a derék elülső részén történő elhelyezése a legnagyobb hibát eredményezte. Az eszköz elhelyezésétől függetlenül minden hely alacsony hibát eredményezett minden mérésnél, az összes RMSD ≤ 0,85 volt. 
• A Vector T7 eszközök helyzeti stabilitása álló helyzetben nagy volt, a minták közötti átlagos távolság ~1-2 mm volt.
• Az alacsony hiba arra utal, hogy a ClearSky-vel együtt használt Vector T7 eszköz érvényes mérést biztosít a sebesség, a gyorsulás és a távolság mérésére a csapatsport-specifikus feladatok során, beleértve a lineáris maximális erőfeszítéseket és az irányváltoztató mozgásokat.

→ Töltse le ezt a Vector T7 fehér könyvet ide kattintva.

6. HIVATKOZÁSOK

1. Malone, J. J., Lovell, R., Varley, M. C., & Coutts, A. J. (2017). A fekete doboz kipakolása: alkalmazások és megfontolások a GPS-eszközök sportban való használatához. International journal of sports physiology and performance, 12(s2), S2-18.
2. Linke, D., Link, D., & Lames, M. (2018). Az elektronikus teljesítmény- és nyomkövető rendszerek EPTS validálása terepi körülmények között. PloS one, 13(7), e0199519.
3. Linke, D., Link, D., & Lames, M. (2020). A TRACAB optikai videokövető rendszerek futball-specifikus érvényessége. PloS one, 15(3), e0230179.
4. Luteberget, L. S., Spencer, M., & Gilgien, M. (2018). A Catapult ClearSky T6 helyi helymeghatározó rendszer érvényessége csapatsportág-specifikus gyakorlatokhoz, beltéri körülmények között. Frontiers in physiology, 9, 115.
5. Serpiello, F. R., Hopkins, W. G., Barnes, S., Tavrou, J., Duthie, G. M., Aughey, R. J., & Ball, K. (2018). Egy ultraszéles sávú helyi helymeghatározó rendszer érvényessége a helyváltoztatás mérésére beltéri sportokban. Journal of sports sciences, 36(15), 1727-1733.
6. Hodder, R. W., Ball, K. A., & Serpiello, F. R. (2020). A Catapult ClearSky T6 helyi helymeghatározó rendszer kritériumérvényesítése az egységek közötti távolság mérésére. Sensors, 20(13), 3693.
7. R Core Team (2021). R: Nyelv és környezet a statisztikai számításokhoz. R Foundation for Statistical Computing, Bécs, Ausztria. URL https://www.R-project.org/
8. Van Boxtel, G.J.M., Laboissière, R., & Wilhelm, H.D. (2021). gsignal: Signal processing. URL: https://github.com/gjmvanboxtel/gsignal

→ Töltse le ezt a Vector T7 fehér könyvet ide kattintva.