2021 Fiscal Year Research-status Report
歩行時における下肢関節の関節面接触力と関連する動作因子の解明
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20K11445
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
井上 恒 香川大学, 創造工学部, 講師 (90624205)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松岡 諒 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (40780391)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 関節面接触力 / 筋骨格モデル / 歩行動作 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、膝関節の関節面接触力に関連する歩行時の動作因子の検討を行った。筋骨格モデルを用いた解析において、個人間のデータ分析から立脚期の膝関節角度が関節面接触力と関連することが示された。また、その動作因子を検討する歩行実験を行った結果、個人内で膝関節角度を変化させることで関節面接触力を変化させることが可能であると示唆された。しかし、筋骨格モデルによる解析では、主働筋－拮抗筋の共収縮を最小限に想定した上で、数学的最適化によって関節トルクの拘束条件を満たす筋力配分を行っている。そこで本年度は、昨年度行った動作因子の個人内検討について、筋電図を用いて検証実験を行った。その結果、筋骨格モデルによる分析では、膝を伸展させた歩行動作によって関節負荷の減少が示された。しかし、筋骨格モデルで示される筋活動度の増減と筋電図の増減の結果が一致しない被験者が複数いた。個人内で膝の角度を変化させた歩行を行った場合、筋骨格モデルによる分析では共収縮の状態が適切に再現されていない可能性が示唆された。そこで、筋骨格モデルの解析を補正する方法をさらに検討した。足関節の背屈トルクが単一の筋（前脛骨筋）のみで発揮されていると仮定し、等尺性にトルク発揮させたときの筋電図および関節トルクを測定した。その測定結果から筋張力を推定し、筋電図－筋活動度（筋骨格モデル）の関係を構築した。この関係を用いて歩行中の前脛骨筋の筋張力を推定した結果、最大随意収縮（MVC）を用いた先行研究の結果と概ね一致した。本研究の手法はMVCを用いないため比較的容易に実施可能であると推察された。表面筋電図が測定可能な他の筋でも同様な補正を行うことで筋骨格モデルによる推定値を補正することが可能であると示唆された。
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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
コロナ禍において一部の実験が遅れていたが、本年度に遅れを取り戻すことができた。これにより、データの取得状況、分析状況ともに概ね当初の計画通りの進捗が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
筋骨格モデルの補正方法についてはさらに検討を進める必要があり、更なる研究へと発展する可能性がある。関節面接触力と関連する動作因子について、膝関節以外の関節について検討を進める。
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| Causes of Carryover |
参加予定だった学会の多くはオンライン開催となり、旅費が不要になった。新型コロナウィルスの影響で遅れが生じた実験や分析において器材の充実を図ることで、期間内の研究内容を完了させる予定である。
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