2021 Fiscal Year Annual Research 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 / システム同定 / 腓腹筋 / 外側広筋 / 足関節 / 膝関節 |
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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みならず，膝関節や股関節およびそれらに関わる筋のスティフネスが関わっている．本研究では，静止立位時に下腿および大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，鉛直方向の力および膝関節角度を計測し，これらの電気刺激に対する応答をシステム同定して，筋および関節のスティフネスを推定する方法を開発した．
大腿の筋については，静止立位時にはほとんど力を発揮しておらず，外側広筋に電気刺激を与えるとそのときの鉛直方向の力の応答は，電気刺激による急激な収縮を観測した後に外側広筋本来の応答を観測した．そのため，同定した伝達関数は予想より高い次数である5次系として得られた．5次系の伝達関数の固有周波数2つの内，低いものを外側広筋の固有周波数とした．また，外側広筋の質量を，対象者の体重から求めて，外側広筋のスティフネスを推定した．スティフネスは約630N/mであった．
膝関節については，腓腹筋に電気刺激を与えて，膝関節角度の応答をゴニオメータで計測した．膝関節のスティフネスは，身体を体幹，大腿および下腿の3リンクモデルで近似して，足関節，膝関節および股関節にスティフネスを有するモデルの振動の周波数と比較して推定した．スティフネスは約200Nm/radであった．
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