《Methods and Protocols》：A Protocol for the Biomechanical Evaluation of the Types of Setting Motions in Volleyball Based on Kinematics and Muscle Synergies
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本研究创新性地提出整合运动学（关节角度）与肌电（EMG）同步采集的标准化方案，通过肌肉协同（Muscle Synergies）分析揭示排球传球（Setting）的神经肌肉控制策略。方案在测试-再测试中展现优异可靠性（ICC>0.90），为运动员技术评估、训练优化及运动康复提供了精准、可量化的生物力学工具。
引言
排球作为一项广受欢迎的奥运项目，其技术动作中传球（Setting）是实现由守转攻的核心环节。二传手通过精确的传球组织进攻，其动作质量直接影响比赛结果。然而，与扣球、发球等技术相比，传球动作的生物力学研究相对匮乏，尤其缺乏同步评估运动学与神经肌肉协调的综合方案。现有研究多独立进行运动学或肌电分析，尚未有研究应用肌肉协同提取方法探讨排球技术动作的运动控制策略。因此，开发一套结合运动学与肌肉协同分析的标准化评估协议，对于深入理解传球动作的生物力学机制、优化运动员训练及康复具有重要意义。
实验设计
在实验设计中，研究采用5个小型可穿戴惯性设备（Movit System G1）和16通道无线表面肌电系统同步采集数据。惯性传感器置于右上肢和背部，用于重建肩、肘、腕关节的角度，包括肩关节屈伸、外展内收、内外旋，肘关节屈伸、旋前旋后，以及腕关节屈伸。肌电电极根据SENIAM指南贴附于右上肢及躯干16块肌肉，包括斜方肌上中下部、三角肌前中后部、背阔肌、冈下肌、胸大肌、肱二头肌长头与短头、肱三头肌长头与外侧头、肱桡肌、桡侧腕屈肌和桡侧腕伸肌。数据采集通过硬件触发实现同步，传感器经过两步校准以精确对齐人体坐标系。
实验流程
一名27岁健康女性排球运动员（身高1.60米，体重50公斤）在实验室模拟九种传球动作，每种重复10次。动作包括传向四号位的高球、平拉开、后排攻，传向三号位的快球、短平快、加塞，以及传向二传手背后的背传、高背传、后攻。动作顺序随机，执行时要求手臂上举维持2秒，间歇期手臂放松体侧。运动事件分割基于肘关节屈伸角的速度剖面算法，肌电信号经过高通滤波、全波整流、低通滤波后，进行时间归一化，并构建肌电矩阵用于肌肉协同提取。
肌肉协同提取采用非负矩阵分解法，将肌电信号分解为空间协同向量和时间激活系数。协同数量以重建确定系数R2≥0.80为阈值选定。测试-再测试在一周后由同一操作者重复进行，以评估方案可靠性。协同相似性通过余弦相似度衡量，时间模式相关性通过皮尔逊相关系数评估，关节角度轨迹一致性则通过皮尔逊相关系数和组内相关系数分析。
结果分析
关节角度分析显示，不同传球类型在关节运动范围和轨迹上存在显著差异。例如，传向后排的管道传球相比四号位高球需要更长的执行时间和更大的肩关节屈伸范围；传向三号位的加塞传球表现出更大的肩外展和腕屈曲角度；而背传动作则呈现更快的执行速度和独特的肘关节屈曲模式。所有关节角度在测试-再测试中表现出高度一致性，但肩旋转和肘旋前旋后角度的重复性相对较低，反映了精细旋转控制的变异性。
肌肉协同分析识别出5个主导协同模式，可解释超过80%的肌电变异。协同W5最先激活，涉及肱二头肌和上斜方肌，启动抬臂动作；W1主导肩带肌肉激活，实现手臂上举和稳定；W3集中于前臂肌肉，控制手腕的精细调节；W4以背阔肌和下斜方肌为主，提供躯干稳定性；W2最后激活，强调肱三头肌和三角肌的参与，完成推球和维持手臂伸展。值得注意的是，W2的激活强度在不同传球类型中呈现任务依赖性调制，其在长距离传球中激活更强。
可靠性评估表明，空间协同结构的余弦相似度平均达0.96，时间激活系数的皮尔逊相关系数多数高于0.90，关节角度的ICC值普遍大于0.90，证明协议具有优异的重复性。仅在快速传球中，部分协同的时间模式一致性略有下降，可能与动作速度导致的稳定性变化有关。
讨论与展望
本协议通过同步采集运动学与肌电数据，为排球传球动作提供了多维度的生物力学评估工具。其高可靠性支持其在运动员技术监控、训练干预和康复评估中的应用。未来研究需扩大样本量，纳入不同水平运动员，并在真实训练环境中验证协议的实用性。此外，扩展传感器至下肢和躯干、结合实心球训练、标准化肌电处理流程，将进一步提升协议的普适性和精准度。该框架亦有潜力拓展至其他排球技术动作的分析，推动运动生物力学在竞技体育和康复医学中的深度融合。
结论
本研究初步验证了基于运动学与肌肉协同的排球传球评估方案的有效性和可靠性。该方案为教练员和临床医生提供了客观、量化的技术评估工具，有助于实现精准化训练和个性化康复。未来的重点在于推动其从实验室向训练场的转化应用，真正赋能运动表现提升和健康促进。
