運動生理週訊(第275期)
可測量步態的跑步機(April 17, 2011)
王順正
有關走路或跑步的步態分析研究，對於瞭解走路或跑步運動是相當有意義的資訊，而且已經發展成相關運動產品 (例如鞋子) 與運動醫學 (例如人工膝關節置換) 的重要參考依據。Gaitway Treadmill (h/p/cosmos gaitway II) 是一部由瑞士Kistler公司與美國製造跑步機的Trotter公司，合力發展出具有測力板功能的跑步機。利用跑步機跑帶下方跑板的兩個測力板設計，記錄在跑步機上走路或跑步時，每一步的地面反作用力變化，以及步長、著地時間、步頻、壓力中心變化等各項走路與跑步的步態變項資料。
資料來源：http://www.kistler.com/mediaaccess/000-174a-01.06.pdf
http://www.h-p-cosmos.com/downloads/cos0k299080000_brochure_h-p-cosmos_gaitway_II.pdf
http://www.kistler.com/mediaaccess/000-174a-01.06.pdf
Janz, Rao, Baumann與Schultz (2003) 針對40位平均8.6歲的小朋友，進行Gaitway跑步機4.0 km/hr、5.6 km/hr速度走路、跑步機8.0 km/hr速度跑步、以及進行30.5公分的跳躍時，走路與跑步步長分別為106.0 (5.5) 公分、130.5 (8.3) 公分、152.0 (11.2) 公分，地面反作用力 (絕對測量值與相對體重比值) 則有隨著速度增加而提高的現象，而且跑步時的地面反作用力大於進行30.5公分的跳躍。
不同速度走路、跑步與跳躍的地面反作用力比較 (Janz, Rao, Baumann, & Schultz, 2003)
Hanley與Mohan (2006) 以一萬公尺跑步時，在不同距離階段的每步時間 (step time) 、地面時間 (contact time) 、飛行時間 (flight time) 為依變項進行比較。研究發現隨著跑步距離的增加，每一步的飛行時間會逐漸增加、地面時間逐漸減少，但是並不會改變每一步的總時間。
跑步距離對跑步機跑步每步時間、地面時間、飛行時間的影響 (Hanley & Mohan, 2006)
Jordan, Challis與Newell (2007) 則以11名大學女學生進行Gaitway測力跑步機的測驗，並且以步長(step length、stride length)、步頻 (step interval、stride interval)、垂直反作用力 (vertical impulse)、地面碰撞時間 (duration of contact) 等依變項進行跑步速度變項的影響研究。發現隨著跑步速度的增加，有步長增加、步頻降低、地面碰撞時間降低、地面垂直反作用力上升、出現最大力量的時間縮短的現象。
跑步速度改變各項依變項變化(Jordan, Challis, & Newell, 2007)
馮道正 (2007) 使用Gaitway測力跑步機進行跑步速度增加對於地面反作用力影響的研究，發現速度超過7km/hr 時第二峰值消失，可能是當跑步速度達到一定程度後，使用足尖推撐的情形將大幅減少。左右腳的地面反作用力與跑步速度呈現正相關，速度越快雙腳的地面垂直反作用力越大。左右腳負荷率並無明顯差異。
跑步地面反作用力與跑步速度的關係 (馮道正，2007)
透過可測量跑步時地面反作用力的跑步機設計，確實可以進行不少有關走路與跑步運動時，步態變項的測量與研究。比較常見的變項包括：
1. 步長 (step length、stride length)，單位為公尺或公分。
2. 步頻 (step interval、stride interval) 、每步時間 (step time)，單位為秒或步/秒。
3. 垂直反作用力 (vertical impulse)，單位為體重的倍數。
4. 地面碰撞時間 (duration of contact) 、地面時間 (contact time) ，單位為秒。
5. 飛行時間 (flight time)，只有在跑步時出現，單位為秒。
因此，若能設計一台簡易的測力跑步機，讓每一台跑步機都可以紀錄跑步的著地、飛行時間、地面反作用力等步態變化，將是不錯的跑步機功能，對於跑者的步態也能夠更進一步的瞭解。只是，步長、步頻、垂直反作用力、地面碰撞時間、飛行時間等變項，應該如何由跑步機的設計中計算與取得數據？能夠獲得左右腳的相對數據嗎？相信這種可測量步態的跑步機，可能是未來跑步機的重要功能之一。
引用文獻
馮道正 (2007) 。不同速度跑步著地期與地面反作用力分析。輔仁大學體育學刊，6，180-188。
Kistler (2009) Instrumented treadmill for gait analysis.
http://www.kistler.com/mediaaccess/000-174a-01.06.pdf
Hanley, B., & Mohan, A. (2006). Gait parameter changes during 10000 meter treadmill running. XXIV ISBS Symposium 2006, Salzburg. Austria.
Janz, K. F., Rao, S., Baumann, H. J., & Schultz, J. L. (2003). Measuring children's vertical ground reaction forces with accelerometry during walking, running, and jumping: the lowa bone development study. Pediatric Exercise Science, 15, 34-43.
Jordan, K., Challis, J. H., & Newell, K. M. (2007). Speed influences on the scaling behavior of gait cycle fluctuations during treadmill running. Human Movement Science, 26, 87-102.
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