2014 Fiscal Year Research-status Report
自転車ペダリング動作中の逆動力学シミュレーションに基づく体幹深部筋の活動推定
| Project/Area Number |
25350763
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
北脇 知己 岡山大学, 保健学研究科, 准教授 (40362959)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | スポーツ科学 / スポーツバイオメカニクス / 生体計測 / 運動解析 / 自転車ペダリング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、自転車ペダリング動作に影響を与えている体幹深部筋の活動状態を推定することを研究目的としている。これまでの研究では、計測が容易な表面筋について解析されている例が大半であり、体幹深部筋の筋活動についての研究例はほとんどない。そこで本研究では、ペダルクランクの回転状態とペダルを踏む力（ペダル踏力）を計測することで、これらの情報から逆動力学シミュレーション計算によって、自転車ペダリング動作中の体幹深部筋の筋活動を推定し、ペダリング動作の効率に与える体幹深部筋の影響を解析する研究を行う。
この研究目的のため、平成25年度までにペダルクランクの回転状態と下肢筋の表面筋電図とともにペダル踏力ベクトルが同時に計測可能な「自転車ペダリング運動状態測定システム」を開発した。この結果をふまえて今年度(平成26年度)には、ペダル部で計測する踏力ベクトルに加えて、ハンドル部、サドル部に加わる応力を同時に計測するシステムを開発し、このシステムを用いて実際の自転車ペダリング動作データを収集し、逆動力学計算を行うことを目標としていた。
実際に構築した自転車ペダリング運動状態測定システムは、パイオニア製ペダリングモニタ(SGY-PM900H)を用いたペダル踏力測定と同時に、サドル部(シートポスト)にレプトリノ社製6軸力覚センサを組み込み、ハンドルステム部では共和電業社製歪みゲージを用いて計測した応力をロジカルプロダクト社製の歪みゲージ用データロガーに記録する装置構成となっている。
今年度は、このシステムを利用して実際に自転車ペダリングデータの収集を始めることができた。ペダリング方法の違い（座り漕ぎ、立ち漕ぎ）、ペダル回転数、負荷強度などを変化させた各種条件での計測を行った。さらにこの計測データを用いて、逆動力学シミュレーション解析を行って、基本的なペダリング動作モデルの解析を開始した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は逆動力学計算を行うためのデータ収集システムとして、ペダルクランク部・サドル部・ハンドル部で同時に応力測定が可能なシステム全体を開発した。このシステムを用いることで、実際のペダリング動作を行った時の、応力測定値、ペダルクランクの回転状態と下肢筋の表面筋電図を計測できた。そこで、この応力測定値を用いてペダリング動作に関する逆動力学シミュレーション解析を行ったが、生体力学的に考えて納得のいく解析計算結果が得られなかった。この原因は、ペダリング動作の逆動力学解析を行うにあたって、下肢動作の自由度が大きいため、複数の筋肉のどの筋肉が実際に力を発揮しているのかを適切に定められていないことが原因と考えられた。特に、膝関節の空間上での動きについて、適切な仮定を置いて計算しなければならないことが判明した。
そこで、ペダリング動作を適切に指定し、ペダリング中にどの筋肉が実際に力発揮をしているかの選択について、モデルに新たな要素を追加することで、この問題に対応した。しかしながら、この対応にあたっては市販ソフト(AnyBody)の技術スタッフとの連携が必要であり、予定よりも時間がかかったために、解析がスケジュール通りに進まなかった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでに構築した「自転車ペダリング運動状態測定システム」を用いて、平成27年度は、自転車ペダリングデータ収集実験を行う。さらに計測したデータを元に、逆動力学シミュレーション計算を行う予定である。ただし、研究代表者が勤務先を異動したため、新しい大学において実験を行うための倫理委員会での承認が必要となる。このため実験開始がやや遅れることが予想される。
自転車ペダリングデータの収集では、実際の自転車ペダリング動作における、体幹深部筋の効果が明確に現れるように、また下肢筋についても各筋の力発揮状態の違いを解析できるように、ペダル踏力強度やクランク回転数を変化させて実験を行う計画である。
また逆動力学シミュレーション計算では、体表面で計測した下肢筋群の筋電図変化をリファレンスデータとして、逆動力学シミュレーション計算の解析結果と比較し、各筋肉の果たす役割を分析すると同時に、計算した体幹深部筋の発揮力の確からしさを検討する予定である。
|
| Causes of Carryover |
測定システムを利用した自転車ペダリングデータ収集開始が平成27年度に遅れたため、被験者謝礼とデータ解析謝金の人件費・謝金が平成26年度の未使用額(335,267円)となった。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
人件費・謝金の繰越額は、本年度請求額のデータ収集にかかる費用（被験者謝礼とデータ解析謝金）と合わせて、平成27年度に使用する予定である。
この他、平成27年度は、表面筋電電極、実験用部材、テープ等の消耗品と、研究成果発表や研究打ち合わせのための旅費、展示会参加費などとして使用する計画である。
|
