2020 Fiscal Year Research-status Report
Stiffness estimation of ankle joint and leg muscles during quiet standing
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19K12791
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
内山 孝憲 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (50243324)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スティフネス / 重心動揺 / 前脛骨筋 / 足関節 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人にとって直立姿勢の維持は基本的な動作であるにも関わらず，その制御メカニズムは未解明である．直立姿勢の維持には，足関節と足関節周りの下腿の筋のスティフネスが関わっている．スティフネスの推定方法として，本研究では，静止立位時に下腿の筋に電気刺激を与えて，足圧中心（静止立位では重心の鉛直投影に対応する）の変位を床反力計を用いて計測し，電気刺激による足圧中心の変位の応答を用いる方法を開発した．この方法を，前脛骨筋と足関節のスティフネスの推定に応用した．この方法では，足圧中心の位置と速度を統制してスティフネスを推定することができる．前脛骨筋のスティフネスは，足圧中心の位置が後方にあり，速度が正，つまり前方向に移動しているときに大きかった．スティフネスの大きさを決定するものの一つに筋活動度がある．筋活動度は筋電図が指標となる．そこで筋電図についても足圧中心の位置と速度について統制して解析した．しかし，筋電図はスティフネスと同様の変化を示さなかった．
立位姿勢の維持には，視覚のフィードバックも作用している．そこで，閉眼して視覚のフィードバックがない状態と，VRゴーグルを用いて，静止しているにも関わらず歩行しているときの動画を提示している状態（歩行VR）で，腓腹筋と足関節のスティフネスを推定した．いずれの場合も，開眼時とスティフネスは大きくなり，筋活動度も高かった．また閉眼と歩行VRでは，歩行VRのスティフネスが高く，筋活動も高かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
足圧中心の位置と速度を統制して，下腿の筋のスティフネスを推定する方法を，前脛骨筋にも適用できることを示した．足圧中心の位置が後で前向きの速度のときにスティフネスが大きいことは，前脛骨筋の拮抗筋である腓腹筋では足圧中心の位置が前で後向きの速度のときにスティフネスが高いことと対称の関係にあることを明らかにした．
一方，前脛骨筋の筋活動度は，スティネス増加に対して支配的な原因ではなく，さらに研究が必要である．
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| Strategy for Future Research Activity |
立位姿勢を維持する際には，膝関節や股関節の周りの筋も作用していることが報告されている．そこで，膝関節のスティフネスおよび大腿の筋のスティフネスを推定する方法を開発し，推定したスティフネスの妥当性を検証する，大腿の筋については，筋に電気刺激を与えると，収縮して筋が上方向に動くことによって，床反力計に鉛直方向の力が計測される．この力を電気刺激に対する応答として伝達関数を同定することによって，床反力計から離れている筋についてもスティフネスを推定することができる．
膝関節回りのスティフネスについては，ゴニオメータを膝関節に装着して電気刺激を与えることで膝関節の応答を計測し，電気刺激から膝関節の応答までの伝達関数を同定することによって推定する．合わせて，2リンクあるいは3リンクの剛体モデルを構築し，コンピュータシミュレーションによって，立位を維持するために必要なスティフネスを見積もる．
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