フォースプレートとは?初めて使用する方に向けて徹底解説!

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フォースプレートの進化

Jo Clubb ジョー・クラブ氏は、世界中のプロチーム、アスリート、トレーナー、およびスポーツテクノロジー企業にスポーツサイエンスのサポートを提供するGlobal Performance Insightsの創設者であり、スポーツサイエンスコンサルタントです。彼女はプレミアリーグ、NHL、NFLなどでの高い実績を活かし、自身のブログYouTubeチャンネル、科学的な論文や教科書を通じてスポーツサイエンスの知見を共有しています。この記事では、初めての方に向けてジョー氏がフォースプレートとVALDのForceDecksテクノロジーの動作原理について説明します。


ForceDecks Dual Force Plate Systemを使用したカウンタームーブメントジャンプ(CMJ)テストの実施例

フォースプレートの進化 

フォースプレートが市場に登場した初期は大型で扱いにくく、収集された生データを変換するためには手動の解析が必要でした。これにより、バイオメカニクスの実験室での使用に限定されていました。しかし、その後、フォースプレートは携帯可能なバージョンに進化し、ますます自動化された解析が可能なものとなりました。例えば、VALDのForceDecks Dual Force Plate Systemなどがあります。この進化により、フォースプレートは専門的な研究室の範囲を超えて、健康やスポーツの様々な環境で日常的に利用されるようになり、その有用性は広がりました

その後、フォースプレートは携帯可能なバージョンに進化し…フォースプレートは専門的な研究室の範囲を超えて、健康やスポーツの様々な環境で日常的に利用されるようになり、その有用性は広がりました

フォースプレートの原理

フォースプレートは、通常ピエゾ(圧電素子)、または、ひずみゲージなどのセンサーが搭載されたプラットフォームです。これらのセンサーは、その上で様々な動作を行う人が発生させる地面反力(GRF)を計測します(力を加えることで受ける地面からのエネルギー)。例えば、立つ、歩く、ジャンプする、走るなどの動作が含まれます。ForceDecksでは、プラットフォームの荷重変換器に内蔵されたひずみゲージが応力を測定し、これは加えた力に比例しています。これらの力は、個人が地面に作用する際に、ニュートンの運動の法則に従って記録されます。

ForceDecksの内部を見ると、各プレートに4つのロードセルセンサー(荷重変換器)が配置され、プレートの上にかかる力を計測する仕組みがわかります
ForceDecksの内部を見ると、各プレートに4つのロードセルセンサー(荷重変換器)が配置され、プレートの上にかかる力を計測する仕組みがわかります

ニュートンの第三法則である作用・反作用の法則は、自然界においてあらゆる作用(力)に対しては等しい大きさで逆向きの反作用が存在すると述べています。したがって、個体が静止しているとき、GRFは彼らの体重を表します。運動すると、個体が加速するためにかける力に応じてGRFが変化します。これはニュートンの第二法則に従います。力はニュートン(N)で測定され、1Nは質量が1キログラムの物体を1メートル毎秒毎秒(つまり1 m/s²)で加速させるために必要な力です。

ニュートンの第三法則 の実施- ロードセル内のひずみゲージが、トッププレートにかかる力を測定するために使用されています
ニュートンの第三法則 の実施- ロードセル内のひずみゲージが、トッププレートにかかる力を測定するために使用されています

Force- Time Curve (力―時間曲線)

ForceDecksソフトウェアは、運動の期間を通じて鉛直GRFを可視化し、力-時間曲線を作成します。このデータは、速度、パワー、質量中心変位などの他のパラメータを計算するために分析されます

一般的なフォースプレートテストである「カウンタームーブメントジャンプテスト (CMJ)」における力-時間曲線を考えてみましょう。 CMJは垂直跳躍能力を測定し、下向きの動作から始まり、できるだけ高くジャンプすることが目的となります。これは手を腰に置いて行われ、上半身の関与を最小限に抑えます。対照的に、腕を使ったCMJはAbalakov Jumpと名付けられています。CMJAbalakov Jumpに関するテストプロトコルの詳細な情報は、VALD Knowledge Baseにあり、他にも多くのテストプロトコルが測定可能となっています。

ForceDecksソフトウェアでは、鉛直地面反力の合計は灰色の線で表示されます。また、ForceDecksはデュアルフォースプレートシステムであり、左右に1つずつのプレートを使用しています。したがって、左側(青い線)と右側(オレンジの線)の地面反力も表示されます。これにより、ジャンプ全体で左右の対称性または非対称性を連続的に評価することができます。 

一般的なフォースプレートテストであるCMJ(カウンタームーブメントジャンプ)に関する典型的な力-時間曲線上で関連する運動動作と運動局面が示されています
一般的なフォースプレートテストであるCMJ(カウンタームーブメントジャンプ)に関する典型的な力-時間曲線上で関連する運動動作と運動局面が示されています
これにより、ジャンプ全体で左右の対称性または非対称性を連続的に評価することができます

加速度-時間曲線は力のデータから導かれます(力 = 質量 × 加速度)、これにより時間に関する加速度を積分して質量の中心速度が計算されます。力-時間曲線と速度-時間曲線が両方計算されると、(パワー= 力 × 速度であるため)パワー-時間曲線も算出されます。したがって、異なるジャンプ段階(コンセントリック、エキセントリック、着地)や特定の座標に関連する力、速度、パワー、対称性に関連する多くの変数が計算されます

ForceDecksアプリに表示される3つの力曲線は、左(青)、右(オレンジ)、および合計(灰色)の力を表しています
ForceDecksアプリに表示される3つの力曲線は、左(青)、右(オレンジ)、および合計(灰色)の力を表しています

妥当で信頼性のあるデータを収集するために、フォースプレートの適切な使用と一貫したセットアップが重要です。重要な要因は以下の通りです

  • 技術仕様: ForceDecksソフトウェアはさまざまなフォースプレートブランドと互換性があります。この場合は、ハードウェアが許容できる最大の力(荷重容量)とデータポイントが測定される回数(サンプリング周波数)が、対象となる人達やアプリケーションに適していることを確認する必要があります。これらの仕様に関する詳細はこちらで確認できます。
  • 機動性とセットアップ: ForceDecksテクノロジーは持ち運び可能で、プレシーズンキャンプ、遠征試合、クリニックなど、さまざまな場所に持ち運ぶのに適しています。ただし、ハードウェアは毎回適切な場所に設置する必要があります。重要なのは、その下にしっかりとした一貫性のある表面があることです。
  • キャリブレーション: 製造標準のキャリブレーションにより、プレートは現場で定期的にキャリブレートする必要はありません。ただし、時にユーザーはプレートが正しく設置され、力を正確に報告しているかどうかを確認する必要があります。ユーザーは既知の重量(少なくとも50kg/100lb)を測定してこれを検証できますが、プレートの重量に多少のばらつきもあります。
  • データ収集の一貫性: スポーツや臨床環境で外部要因をコントロールするのは難しいですが、一貫性のあるルーティン、テストを行う時間、ウォームアップの維持が重要です。
  • テストプロトコル: 試行、個人、および日々の再現性を維持するためには一貫したテストプロトコルを使用することが重要です。VALDはそのKnowledge Baseで幅広いテストプロトコルのリストを提供しています。
  • ジャンプ前の静止期間: これはテストプロトコルの一部ではありますが、とても重要なポイントなので、強調する価値があります!ジャンプ前に正確な体重を測定することは、その後の分析において重要です。したがって、ジャンプ直前には個人が静止していることを必ず確認してください。

最適なフォースプレートテストの選択

一般的にフォースプレートはスポーツにおけるストレングスとパワーの診断に広く使用されています。医療の分野では、リハビリテーションや動作の臨床的な分析においても利用されており、これはプロスポーツ環境においても一般的な応用分野です。

フォースプレートはスポーツにおけるストレングスとパワーの診断に広く使用されています。医療の分野では、リハビリテーションや動作の臨床的な分析においても利用されており、これはプロスポーツ環境においても一般的な応用分野です

VALDは、ForceDecksのテストをジャンプ、機能テスト、バランス、およびアイソメトリックに分類しています。これらのカテゴリのほとんどのテストは、VALDの自動検出機能も活用しています。この機能は、高度な統計的手法を使用して、力-時間曲線に基づいて実施されたテストを自動的に識別します。

ForceDecksで測定可能な主なテストの一覧

これらのテストは、個人の運動能力、力発揮、疲労状態、リハビリテーションおよびプレー復帰への進捗状況、左右の非対称性に対する洞察を提供できます。評価バッテリーにどのテストを含めるかを決定する際には、これらを考慮することが重要です(つまり、目標を明確にして始めること)。アスリートやクライアントの時間と能力を尊重する必要があり、したがって、テストの選択は余分な負担を最小限に抑えながら価値を最大化するべきです。

これらのテストは、個人の運動能力、力発揮、疲労状態、リハビリテーションおよびプレー復帰への進捗状況、左右の非対称性に対する洞察を提供できます

前述した通り、CMJは下半身のパワー能力のほぼ最大能力を提供します。ただし、スポーツ科学者や臨床家にとって興味深い他の様々な能力も存在します。これは、対象のスポーツや人口、シーズン中の時期、そして怪我の既往歴や状態に依存します。

例えば、VALDの理学療法士であるサーシャ・バージ氏は、プライオメトリック・コンティニュアムについて説明し、スクワットアセスメントからドロップジャンプまで、異なるForceDecksのテストを使用して身体の弾性エネルギーを蓄積し放出する能力を評価できると述べています。

フォースプレートの応用は、単なるジャンプにとどまりません。ストレングス発達のためのアイソメトリックトレーニングに関する研究の増加は、アイソメトリック評価への関心も同時に高めています。VALDのYouTube Athlete Testingシリーズで説明されているアイソメトリック・ミッドサイ・プル(IMTP)は、最大筋力を安全で効果的に評価できます。今では、より要求の厳しいかつ時間のかかる最大強度テストよりも頻繁に利用されています。

ストレングス発達のためのアイソメトリックトレーニングに関する研究の増加は、アイソメトリック評価への関心も同時に高めています

IMTPは全体的な筋力評価を提供しますが、アレックス・ナテラ氏のランニングに特化したアイソメトリック評価など、多関節の評価に焦点を当てることにも価値があります。このプログラムは、「シーズンオフ明けのアスリートは十分に速く走れるか?」という問いに答えることを目指しており、アレックス氏はVALDのForceDecksをこのプロセスにどのように統合しているかを詳細に説明しています。

VALDのForceDecksテクノロジーは、人間の動きの複雑な動力学に対する洞察を提供しています。その汎用性と実用性への進化は、人間のパフォーマンスと健康を理解し向上させる上での重要性を強調しています。技術が進化し続ける中、フォースプレートの潜在的な応用領域は拡大し、動きのメカニクスに対するさらなる深い洞察が得られていくでしょう。

技術が進化し続ける中、フォースプレートの潜在的な応用領域は拡大し、動きのメカニクスに対するさらなる深い洞察が得られていくでしょう。

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