足部クリアランスの獲得戦略をリアルタイムに解析できる三次元歩行分析システムの開発

Research Project

Project/Area Number	23K10413
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
Research Institution	Fujita Health University
Principal Investigator	大塚圭藤田医科大学, 保健学研究科, 准教授 (60460573)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000) Fiscal Year 2026: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2025: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000) Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	三次元動作解析装置 / リアルタイム計測 / 足部トゥクリアランス / 転倒予防評価 / 歩行分析 / 三次元動作解析 / リアルタイム解析 / 足部クリアランス獲得戦略
Outline of Research at the Start	本研究では、転倒予防評価として「つまづき」に影響を及ぼす足部クリアランスに着目し、リハビリテーション医療の臨床現場にて簡便かつ客観的に評価できる三次元歩行分析システムを開発する。本システムの特徴は、トレッドミルとフレーム一体型赤外線カメラを活用したコンパクトな機器構成にてリアルタイムにて足部クリアランス獲得の構成要素（機能不全と代償動作）が解析できる点である。研究の開発行程では、①システム設計と仕様の決定，②足部接地/離地検出アルゴリズム検討，③信頼性・反応性/解釈可能性を検討する。また、将来的に健常値をシステムに実装できるよう健常者を対象としたグランドアベレージデータも作成する。
Outline of Annual Research Achievements	臨床における転倒予防の評価は、視診による主観的評価が行われ、機器を活用した客観的評価法は活用されていない。申請者は、先行研究にて三次元動作解析装置を用いた転倒の要因となるつまずきの要因となる足部クリアランス分析法を考案した。しかし、臨床現場で三次元動作解析装置による歩行分析を行う場合、計測後処理に人的・時間的コストを要するという問題がある。また基準となる健常値が機器に実装されておらず既製品が多く、計測後すぐに判定できないという点も課題になっていると考えられる。本研究では、トレッドミル歩行分析にフレーム一体型赤外線カメラを活用し、申請者が考案した足部クリアランスの獲得戦略を健常値に基づいてリアルタイムに解析できる歩行分析システムを開発（1. システム設計と仕様の決定、2. 足部接地/離地検出アルゴリズム検討、3. 信頼性・反応性/解釈可能性、4. 健常値グランドアベレージ作成）することを目的とする。 2023年度は、本システムの設計と仕様を検討した。本システムは、フレーム一体型赤外線カメラをトレッドミルの前方に接地し、対象者の貼着した赤外線マーカを計測することを想定している。したがって、マーカの貼着位置およびカメラの接地位置が検討課題となる。前方から撮影した画像からストライド長、歩幅、トゥクリアランス、機能的脚長（股関節から足関節間の距離）を算出できるマーカ貼着位置を健常者、異常歩行（分回し歩行、シザース歩行、前足部接地等）を呈する歩行障害者を対象として探索的に検討した結果、上前腸骨棘、膝関節内側（膝蓋骨中央と膝関節内側中心軸を結んだ中点）と、内果、爪先に決定した。また、カメラ位置は、前述したマーカ貼位置を計測できる設定として、トレッドミル前方2m、カメラの高さ55cm、カメラフレームバーの縦置きの条件が最適であることが検証できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究助成申請時に立案した2023年度の研究計画に掲げたシステム設計と仕様の決定が完了している。
Strategy for Future Research Activity	本研究課題は、申請時に立案した研究計画に従い、2024年度は、足部接地と爪先離地を検出するアルゴリズムの検討を行う予定である。足部接地と爪先離地を検出は、本システムで算出する全ての足部接地と爪先離地は、健常者であればほぼ同様のパターンであるが、歩行障害者では、異常歩行で多種のパターンが存在することが想定される。したがって、2023年度で決定したシステムの仕様で検出がし難いと考えられる足部接地と爪先離地のパターンを検討のうえ、該当となる歩行障害者の計測を多数実施する必要がある。また、本システムの適応外となるアルゴリズムの検出が不可能なパターンも検討する必要がある。