跑步是一項簡單又方便的有氧運動，但許多跑者在日常練習中容易受傷。研究發現，跑步傷害往往不是因為跑得太快，而是因為步態問題造成身體負擔過大。其中最常見的問題之一是「過度跨步」，也就是腳落地時，位置明顯落在身體重心前方太遠。
當腳落地過前，身體必須花更多力氣把前進的動量「煞住」，才能繼續向前推進。這個減速與再加速的過程，會讓膝關節、小腿與足部承受較大的衝擊與剪力。長期下來，這些反覆出現的負荷可能造成骨骼應力增加、肌腱或韌帶的微小損傷累積，進而提高運動傷害風險。雖然調整步頻或改變腳掌著地方式，常被建議作為降低衝擊的方法，但研究指出，對已有跑步經驗的跑者而言，在不同速度下，步頻多半維持在相對固定的範圍；當速度提升時，往往是透過步幅變大來達成，這也讓過度跨步成為一個更容易被忽略、卻相當關鍵的風險因素。
過去，要精準量測過度跨步，通常需要在實驗室內進行，使用光學動作捕捉系統與測力板等昂貴設備，對一般跑者而言並不實際。近年來，慣性測量單元（IMU, Inertial Measurement Unit）的出現，讓這件事變得更容易。IMU 是一種輕巧、可穿戴的感測器，能記錄肢段的加速度與旋轉角速度，進而推算出跑步時各部位的動作角度。
在相關研究中，跑者於單側下肢配戴三顆無線 IMU，分別固定在大腿、小腿與足部外側。這些感測器的安裝位置，與實驗室光學動作捕捉系統的反光標記幾乎一致，讓兩種量測方式可以直接對照。跑者先在跑步機上，以固定速度跑步，並配合節拍器刻意改變步頻；之後再進行模擬戶外情境的平地跑步測試。整個過程中，IMU 持續記錄腿部與足部在「腳落地瞬間」的角度變化，而地面反作用力則由跑步機或裝置於地面的測力板量測。
圖片來源：Scientific Reports, 14(1), 6347. https://doi.org/10.1038/s41598-024-56888-4
透過這樣的設計，研究者可以同時取得兩組資料：一組來自實驗室等級的光學動作捕捉與測力板，作為「黃金標準」；另一組則來自 IMU。結果顯示，IMU 所量測到的大腿與小腿角度，與光學動作捕捉系統高度一致，誤差通常在幾度以內，足以反映實際的落地姿勢。更重要的是，這些由 IMU 推算出的角度變化，不僅能準確預測跑者是否存在過度跨步，也與每一步實際量測到的前後向衝擊力大小呈現明確關聯。
換句話說，即使不進入實驗室，只要在下肢配戴 IMU，就能掌握腳落地是否過前，以及身體在落地時承受的負荷變化。對跑者來說，這代表可以在日常跑步或跑步機訓練中，及早察覺潛在的步態問題；對教練或物理治療師而言，也多了一個量化參考依據，協助調整跑步方式或訓練內容。
整體而言，過度跨步是跑步傷害的重要生物力學因素，而 IMU 提供了一種低成本、可實際應用的量測方式。透過簡單的穿戴感測器，跑者就能在熟悉的跑步環境中，了解自己的步態與落地特性，讓跑步這項看似簡單的運動，多一分科學依據，也多一分安全保障。
參考文獻
Baker, L. M., Yawar, A., Lieberman, D. E., & Walsh, C. J.
(2024). Predicting overstriding with wearable IMUs during
treadmill and overground running. Scientific Reports,
14(1), 6347. https://doi.org/10.1038/s41598-024-56888-4
加入會員看更多
