Sıçrama yüksekliği ölçümünde kullanılacak yeni bir ölçüm sistemi geliştirilmesi
Developing A novel system to evaluate jump height
Yazar: HİKMET GÜMÜŞ
Danışman: PROF. DR. BERKANT MUAMMER KAYATEKİN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizyoloji = Physiology ; Spor = Sports
Dizin: Dikey sıçrama = Vertical jumping ; Giyilebilir teknoloji = Wearable technology ; Giyim = Clothing ; Sensörler = Sensors ; Sıçrama = Jump ; Ölçümleme = Measurement

Özet:
Amaç: Sıçrama yüksekliği anaerobik gücü değerlendirmek için kullanılan saha testlerinden birisidir. Literatürdeki mevcut sıçrama yüksekliği ölçüm yöntemlerinin laboratuvarda maliyetli ekipmanlar gerektirmesi veya hassas ölçüm yapamayan saha testleri kullanması gibi kısıtlılıkları vardır. Bu araştırmanın amacı sıçrama yüksekliğinin ölçümü için taşınabilir, ucuz, kullanımı kolay bir yöntem geliştirmek ve bu yöntemi bilinen yöntemler ile karşılaştırmaktır. Video Hareket Analizi Sistemi (CAM), Lazerli görüntüleme ve ölçüm sistemi (LIDAR, LID), Inersiyal sensörler (IMU), Ultrasonik sensörler (US), kızılötesi sensörler (IR) ve kuvvet sensörü (FSR) ölçüm sistemleri ile yapılan ölçümler referans yöntem olarak kabul edilen fotoelektrik sensörle (PES) yapılan ölçümler ile karşılaştırılmıştır.
Yöntem:  Araştırmaya sağlıklı 51 erkek gönüllü (23.61±4.62 yaş, 178.46±7.16 cm, 78.55±12.39 kg) katılmıştır. Katılımcılar ölçüm öncesinde içinde sensör sistemlerinin ve kayıt ünitelerinin olduğu bir yelek giymiştir. FSR sensörü koruyucu bir neopren kısım ve velcro bant ile katılımcının ayakkabısı altına yerleştirilmiştir. Son olarak katılımcının vücut kütle merkezine IMU ve aktif işaretçi sabitlenmiştir. Sensörlerin çalışması kontrol edildikten sonra katılımcının elleri belinde sabit olarak 90 s arayla üç kez sıçrama (Counter Movement Jump, CMJ) yapmıştır. PES ile ölçülen en iyi iki şıçrama değerlendirmeye alınmıştır. Sıçramalar yüksek hızda kamerayla tampon tetikleme kullanılarak 2s'lik veri olarak kaydedilmiş ve görüntüler Matlab yazılımı ile işlenmiştir. Farklı yöntemlerle yapılan ölçümler tekrarlayan ölçümlerde ANOVA ile karşılaştırılmıştır. Ölçümlerin referans yöntemler ile uyumunu göstermek için Blant Altman uyum grafiği çizilmiş, Değişim Katsayısı hesaplanmış ve linear regresyon modellemesi yapılarak regresyon formülü gösterilmiştir. Yöntemlerin referans ölçümle korelasyonu iki yönlü, rastgele, tek ölçümde, mutlak uyumu sınıf içi korelasyon ICC (2,1) ile hesaplanmıştır. Ölçümlerin hatalarının değerlendirilmesi için Ölçümün Standart Hatası (SEM) değerleri hesaplanmıştır. 
Bulgular: US sensöründen alınan sıçrama verileri Doppler etkisi nedeniyle bozulduğu için değerlendirilememiştir. IR sensör verileri LIDAR sensöründen ~500hz hızında gönderilen lazer ışınlarının neden olduğu artefaktlar görülmüş ve işleme alınmamıştır. FSR, CAM, IMU, LID ve PES ölçümleri arasında fark bulunmamıştır (F(3,303)= 2.338, p=.074). FSR, CAM, IMU, LID yöntemleriyle referans ölçüm olan PES arasındaki ICC istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0.0001; sırasıyla r=0.99, 0.95, 0.68, 0.99).
Sonuç: CAM ve IMU ile yapılan ölçümlerdeki SEM değerleri FSR ve LID ile yapılanlara göre yüksek olduğu görülmektedir. Burada düşük ölçüm hatasına sahip FSR ve LID yöntemleri ön plana çıkmaktadır. Özellikle FSR ile geliştirilebilecek ayakkabı tabanına entegre giyilebilir ürünler sadece tekil sıçramaların değil sıçrama komponenti olan karmaşık hareketlerin de değerlendirilmesi için kullanılabilir. Ölçmenin standart hatası açısından karşılaştırıldığında referans yöntem olan PES'e kıyasla en düşük değere (SEM=5.38) sahip olan yöntem FSR ile yapılan ölçümlerdir. SEM değerleri açısından referans yönteme yakın (SEM=6.8695) diğer bir yöntem ise LIDAR'dır. Sportif performansın değerlendirilmesi konusunda LIDAR yöntemi kullanarak yapılan bir yayına rastlanmamıştır. Bu araştırma LIDAR ile sportif performansın değerlendirildiği ilk araştırmadır. Ayrıca bu yöntem ucuz, stabil ve yüksek örnekleme hızına sahiptir. Bu çerçevede sadece sıçrama yüksekliği ölçümünde değil kısa mesafe koşularının detaylı incelenmesi gibi alanlarda da kullanılabilir.

Anahtar Kelimeler: Sensörler, Giyilebilir teknoloji, Sıçrama yüksekliği

Abstract:
Objective: Jumping height is one of test to evaluate the anaerobic power in sports. There are some limitations in available jumping height measurements methods such as expensive equipment demands or nonsensitive measurements. The aim of this study is developing a novel system to evaluate jumping height. Video Motion Capture Analyses (CAM), Laser Imaging Detection and Ranging (LIDAR, LID) system, force sensor (FSR), ultrasonic sensors (US), Infra red (IR) and Inertial movement units (IMU) methods were compared to reference method Photoelectronic sensors (PES).   
Method: Fifty-one healthy male volunteer (23.61±4.62 year, 178.46±7.16 cm, 78.55±12.39 kg) participated in this study. They wore a vest included sensors systems and record units. FSR sensor was mounted to their shoes using a velcro band. IMU and active marker were placed to the center of mass. After the control of sensors working, they performed three CMJ (arms were stabilized to the body) with 90s recovery. All jumps were recorded as 2s periods by the high-frequency camera using buffer triggering and data was processed in Matlab. Different assessments of jumping height were compared with repeated measurements of ANOVA. The ICC was used to examine the relationships of methods. The SEM and 95% limit of agreement (LOA) method were calculated and showed as Bland Altman plots graphed. Relationships of new methods with reference jumping height assessment were evaulated by intraclass correlation (ICC), 2-tailed.
Results: Jumping data, which obtained from the US sensor, corrupted because of the Doppler effect. So these data could not be evaluated. Some artifacts, which are caused by laser beams sent by LIDAR sensor at ~500hz velocity, had seen at the IR data and these data did not process. FSR, CAM, IMU, LID and PES measurements were similar (F(3,303)= 2.338, p=.074). ICC between PES, the reference measurement, and other measurement methods (FSR, CAM, IMU, LID) found statistically significant (p<0.0001; respectively r=0.99, 0.95, 0.68, 0.99).
Conclusion: SEM values of the CAM and IMU measurements found greater than FSR and LID measurements. FSR and LID methods, which have a low standard error of measurement, come into prominence. Especially shoe sole entegrated wearable products, which are developable with FSR, can be used for the evaluation of complicated movements with the inclusion of jumping component, not only singular jumps. When comparing the other methods with the reference method (PES) in terms of standard error of measurement, the FSR measurement method has the lowest value (SEM=5.38). In terms of SEM values, another method which is close to the reference method (SEM=6.8695) is LIDAR. As our knowledge, there is no published article in this topic of evaluating sport performance, which is using LIDAR method. This research is the first research which evaluates sport preformance with LIDAR.  Furthermore, this method is cheap and has a high sampling rate. In this context, this method can be used in the fields such as a detailed investigation of short distance runs not only jumping high measurements.
Key Words: Sensors, Wearable technology, Jumping height