マーカレスモーションキャプチャを用いた膝関節内反モーメント推定方法の確立

• Project/Area Number: 23K10577
• 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: National Center for Geriatrics and Gerontology
• Principal Investigator: 相本 啓太 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 病院, 理学療法士 (00790495)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 霜鳥 大希 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 健康長寿支援ロボットセンター, 研究員 (30968011) ; 加賀谷 斉 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 病院, 部長 (40282181)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 歩行 / 変形性膝関節症 / マーカレスモーションキャプチャ / 膝関節内反モーメント

Outline of Research at the Start

本研究では、変形性膝関節症者のいわゆるO脚方向にかかる力である膝関節内反モーメントを床反力計を使用せずに、①動画を撮影するだけのマーカレスモーションキャプチャによる膝関節内反モーメントの推定方法の確立、②膝OA者に対する歩容指導により膝関節内反モーメント推定値と疼痛の関連検証、を主として進める。
本研究による膝関節内反モーメントの推定方法が確立すれば、地域でのスクリーニング検査として実施するなどして、膝OA悪化予防の一助となりうる。

Outline of Annual Research Achievements

変形性膝関節症（膝OA）は、膝関節への力学的ストレスなどにより生じるとされる退行性変化である。膝関節にかかる力学的ストレスを計測する手段として、膝関節内反モーメントがあげられ、膝OAの悪化と関連する。しかし、膝関節内反モーメントを計測するためには、床反力を計測する機器が必要であり、簡易に計測することはできない。
本研究では、膝OA者の膝関節内反モーメントを床反力計を使用せずに、動画を撮影するだけのマーカレスモーションキャプチャによる膝関節内反モーメントの推定方法の確立を第1段階として進めている。
健常者による計測データをもとに歩行中の膝関節内反モーメントを、マーカレスモーションキャプチャとマーカを用いた方法の2種類で算出し、以下の3つの方法での比較検討を行う（有意水準：5％）。1) 相互相関、2) 2曲線のピーク値の相関に対して実施し、マーカレスモーションキャプチャにより得られる膝関節内反モーメントが、床反力計を用いたデータに精度良く代替できるかの検討を行っている。現在のところ、膝関節内反モーメントの波形自体は、比較的類似した結果になる対象者がいる一方で、20%程度は、2つの波形が大きく異なる結果となっている。膝関節内反モーメントの第1ピークを抽出した結果では、相関係数が0.7を超える結果も出ており、回帰式によるピーク値の推定も検討している。
本研究による膝関節内反モーメントの推定方法が確立すれば、地域でのスクリーニング検査として実施するなどして、膝OA悪化予防の一助となりうる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現在、健常者における反射マーカを使用した正確な膝関節内反モーメントと動画によるマーカレスモーションキャプチャから算出した膝関節内反モーメントの解析を進めている。
膝関節内反モーメントの波形自体は、比較的類似した結果になる対象者がいる。一方で、20%程度は、2つの波形が大きく異なる結果となっている。平地ではなくトレッドミルを使用していることによる歩隔の拡大などの影響が考えられるため、検討している。
膝関節内反モーメントの第1ピークを抽出した結果では、相関係数が0.7を超える結果が出ており、回帰式によるピーク値の推定も検討している。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、健常者による計測データをもとに歩行中の膝関節内反モーメントを、マーカレスモーションキャプチャとマーカを用いた方法の2種類で算出し、マーカレスモーションキャプチャの推定精度の向上を検討する。現在一部の対象者において、2種類のデータが大きく異なることがあり、トレッドミル歩行による歩隔増大の影響などが考えられる。平地歩行も加えての検討を予定している。またトレッドミル歩行による影響が第1ピークなどのピーク値に限った回帰式を用いた推定も検討する。
精度の良いマーカレスモーションキャプチャによる膝関節内反モーメントの推定が行えれば、変形性膝関節症者での実施も進めていく。