| 研究課題/領域番号 |
15K12663
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| 研究機関 | 佐世保工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
槇田 諭 佐世保工業高等専門学校, 電子制御工学科, 講師 (60580868)
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| 研究分担者 |
縄田 亮太 愛知教育大学, 教育学部, 助教 (60551281)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 手指運動 / 筋腱複合体 / 計測 / 超音波画像 / バイオメカニクス / 弾性特性 / バレーボール / 運動解析 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，手指に内在する筋腱複合体（筋と腱の総称）のもつ弾性特性を外部から簡便に計測，推定する手法を提案し，スポーツ動作の定量的評価へ応用することである．本年度は，「手指の筋腱複合体の弾性特性を外部から計測するモデルの生理学的正しさの検証」「筋腱複合体に蓄積される弾性エネルギーに起因する運動速度増大の確認」「プレー動作中の手指関節角度変化と指先発揮力の計測」に取り組み，次の研究成果を得た．
平成28年度はまず提案モデルである「外力によって手指を伸展（伸ばす）方向に押し上げる際，指先発揮力が関節角度に応じて増大するモデル」において，指先へ加える外力で指屈筋腱を伸長させるときと，伸長させてから短縮させるときとの間でヒステリシスが生じることの原因を調査した．それぞれの場合において超音波画像診断装置を用いて腱の変位量を計測したところ，同一関節角においても変位量に差があることが確認できた．筋力と腱の弾性力のつり合いから筋のふるまいに差異があることを予想して，同運動時の指屈筋の観察を試みた．このヒステリシスの原因を説明するに足りうる解析の余地はまだあるので，複数人の実験協力者の観察を実施する計画である．
バレーボールのオーバーハンドパスにおける手指の運動計測・解析については，実験条件を統一するための装置開発に重点を置いた．まず，試技のばらつきを避けるために一定の高さから同一地点にボールを落下させるための装置を設計した．合わせて試技を阻害せずに手指運動を計測するためのデータグローブを再設計し，指先接触力を計測するセンサを変更するなどの改良を図った．いくつかの試技を計測しながら，試技とその計測値のばらつきを低減するための実験手順を検討している．手順を確立し次第，複数人の試技を計測，解析し，プレーに効果的な手指運動の特徴を抽出する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度の研究計画の進捗にやや遅れた原因として，（1）研究代表者が育児休業を取得し，その期間の研究活動が滞ったこと，（2）超音波画像を用いたアプローチにおいて筋肉の観察が予想していたよりも容易でなく，十分な計測結果がまだ得られていないこと，（3）バレーボールのプレー計測において，実験条件を統一するための装置と手順の確立に時間を要していること，などが挙げられる．（1）については研究分担者ならびに協力者による取り組みはあったものの代表者の分析と方針決定が十分でなかった．研究実施期間の延長を申請したので，次年度に遅れを挽回したい．
（2）について年度目標は「手指が運動する際の筋腱複合体の短縮過程を観察」とし，筋腱複合体の伸長過程と短縮過程との間にあるヒステリシスの原因を調査した．特に筋肉のふるまいに注目してその観察を試みたが，観察すべき範囲が超音波画像診断装置の観測範囲より大きいため，全体の変位量を計測するに至っていない．筋腱が複雑に絡み合う領域のために観察領域は限定されるが，特徴的な代表点を複数取得して全体を近似・推定するアプローチから，筋腱複合体のふるまいを解析する．
（3）について年度目標は「スポーツ動作中に手指が操作対象物に衝突する際の，手指の運動速度と対象物が得る速度との関係を計測，解析」とし，プレーの計測と手指の筋腱の力学モデルからボールに与える力学的効果を記述することを目指した．今年度は実験条件を統一するための手段の確立と計測装置の改良に時間を要し，解析に十分なだけの計測結果を得るに至っていない．計測装置の設計と構築はおおよそ完了したので，次年度は複数人の実験協力者を確保して計測実験を進める計画である．
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に残された課題を早期に解決しつつ，次年度に設定した3つの研究計画を進展させる．前年度の課題として，「手指が運動する際の指屈筋腱のふるまいの観察」「オーバーハンドパス中の手指運動の計測」が未達である．これに加えて未着手である「伸長反射を伴う手指の伸展運動が起こる場合の，手指の弾性特性の変化の計測，解析」を進める．
「手指が運動する際の指屈筋腱のふるまいの観察」においては使用する超音波画像診断装置の観察範囲が限定されていることを鑑みて，代表的な特徴点の変位量から全体を推定するアプローチを取る．fMRIなどの手法に比べれば観察領域は限定されるが，比較的簡便な計測環境で実施できるので，十分な計測結果となるようできるだけ多くの特徴を観察し，全体を推定できるように設定する．
「スポーツ動作中に手指が操作対象物に衝突する際の，手指の運動速度と対象物が得る速度との関係を計測，解析」についてはバレーボールのオーバーハンドパスを事例として，運動のパフォーマンス（ボールの軌道）と，それを実現する手指のダイナミクスとの関係を，計測値から解析する．研究分担者においてプレーの観察，計測に着手しており，代表者の開発する手指運動の計測装置と高速度カメラを併用することで，より多くの情報を収集する．特に，当該プレーにおける手指運動とボールとの接触のタイミングを明らかにすることが，手指の弾性特性の巧みな利用方法を記述するために有用であると予想する．
上記と関連して，「伸長反射を伴う手指の伸展運動が起こる場合の，手指の弾性特性の変化の計測，解析」にも着手し，外力によって手指が急激に運動する際のふるまいを記述する．観血的アプローチでなく，簡便かつ非観血的手法によってこれを明らかにし，スポーツ動作における効果と関連づける．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究代表者の育児休業取得に伴って研究遂行に遅れが生じたため，実験も予備的なものにとどまり，また研究成果を報告するまでに至らなかった．実験の前準備としての試行のみを実施したため，外部実験協力者等への謝金も生じていない．
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| 次年度使用額の使用計画 |
本研究計画の補助事業期間を延長し，次年度まで当該研究に取り組むこととした．今年度は実験装置の完成とともに研究代表者および研究分担者が相互に打ち合わせと実験に赴き，研究の推進に努める．また最終年度としてこれまでの研究成果を国内外の学術会議で発表またはその投稿，および学術誌への投稿を予定する．さらに，研究成果の社会還元としてバレーボールの指導への取り入れを試行する．
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