2017 Fiscal Year Research-status Report
情報エントロピーによる股関節疾患患者の動きの「滑らかさ」のメカニズムに関する研究
| Project/Area Number |
17K01549
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University of Nursing and Social Welfare |
|---|
Principal Investigator |
加藤 浩 九州看護福祉大学, 看護福祉学部, 教授 (90368712)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 歩行 / 滑らかさ / エントロピー量 / セグメントトルクパワー / 筋張力推定 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
リハビリテーションにおいて筋機能向上とそれに伴う効率的な歩行動作の獲得は，極めて重要な課題である．そこで，本研究では，股関節疾患患者の筋の「質的機能」と歩行動作の「効率性（動きの滑らかさ）」の関係について研究を行う．効率性の指標として身体動作時の加速度データからの情報エントロピー量を算出し定量化を試みる．さらに，「滑らかさ」を規定する因子について，下肢運動連鎖の視点から下肢体節間の力学的エネルギー（骨盤，大腿，下腿，足部セグメント間のパワーの流れ）や，そのエネルギーを産出する下肢主要筋群の個別の筋張力（表層筋と深層筋の筋張力推定），さらに電気生理学的視点から，動的EMG周波数解析による筋の質的筋活動から検討し，股関節疾患患者の歩行動作時における質的筋機能とその動きの「滑らかさ」のメカニズムを解明することを目的とする．
本年度の実績としては，予備実験を重点に展開した．まず，OpenSimを用いた筋張力推定法について検討した．その結果，92筋モデルにおいては，マーカの貼付位置により推定筋張力に差が生じることが分かった．特に足関節周りのモーメントは，先行研究の結果と大きく異なり，筋張力を推定するにあたり調整する必要性が示された．次に，健常者3名を対象に加速度計による最大エントロピー法を用いた動きの「滑らかさ」の定量化法について検討した．エントロピー量の算出プログラムは先行研究を基に作成し試作版は完成した．また，加速度波形の再現性は，鉛直方向，矢状方向は良好であるが，前額方向は低いことが分かった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
加速度波形から動きの「滑らかさ」を定量化する情報エントロピーの計算プログラムは，ほぼ完成した．さらに，二乗平均平方根(Root mean square : RMS)と，加速度を微分した躍度の二乗の総和(Jerk cost)，動作時間と動作距離で補整した躍度の指数(Jerk index)と，関連性を比較検討できるようなプログラムの作成を行った．3軸分解した下肢各セグメント間の力学的エネルギーフローの検討においては，8剛体リンクモデルから，各セグメント間の連結部を関節中心点と定義し，逆動力学計算により，関節中心座標・速度，セグメント角度・角速度，関節モーメント，セグメントパワーを算出するプログラムを作成した．特にX,Y,Z方向に分けたセグメントパワーの計算プログラムはほぼ完成した．Open Simを用いた筋張力推定法については，既存の92筋マーカセットで，算出した下肢関節モーメントと，上記の，33ポイントマーカから，8剛体リンクモデルとして作成した関節モーメントとの比較を行った．その結果，股関節，膝関節に関しては，良好な結果が得られたが，足関節に関しては検討の余地が残された．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度は健常者を10名程度計測し，情報エントロピー量と力学的エネルギーの関係性，筋張力推定に使用するマーカ貼付位置の調整等の予備実験を継続する．また，昨年購入した床反力計は，大学内での予備研究では使用したが，研究協力施設（川嶌整形外科病院）での使用は行えていなかったため，本年度は病院での使用を試みる．その後，OA患者データを10名程度，取り込んで解析する予定である．さらに，表面筋電図解析も合わせて行い，離散WT周波数解析を用いた量的・質的活動評価を行う．そして，力学的エネルギー伝達と筋活動の関連性についての検討を進める予定である．
|
| Causes of Carryover |
その他費用が，若干，余剰となった．余剰分は，次年度の研究で使用する加速度センサの購入費に使用する．
|
