2020 年度実施状況報告書

足底部剪断力計測デバイスによる歩行および足部機能の新たな評価手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号	19K19821
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	中嶋香奈子国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (00760290)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード	歩行動作分析 / 足部機能評価 / 剪断力計測 / 無線通信 / リアルタイムモニタリング / 人間工学 / 計測工学 / 足部異常予防
研究実績の概要	本研究課題では，ヒトの足部機能に着目し，日常生活の中で簡便に活用可能な足部機能および歩行機能の定量的評価手法の確立を目指した．外反母趾や胼胝，魚の目，巻き爪などの足部の異常は，高齢者の転倒リスクを増加させる要因の1つであるとの報告が挙げられることから，効果的な予防対策が求められる．また，これらの足部異常は日々の生活の中で繰り返し行われる歩行動作により，足部への負荷や荷重の状況が変化し影響を与えることから，高齢者のみならず幅広い年代を通して健康的な足部状態の保持のための対策が必要である．そこで本研究課題では，ヒトの足底部にかかる「剪断力」に着目した定量的評価手法の構築を目的とし，足部・歩行機能の評価パラメータの新規創出を目指した計測システムの開発を行った．本年度は，2019年度に開発した足底部剪断力計測デバイスを用いて実施した，健常者の歩行計測実験のデータを分析した．開発デバイスには剪断力計測が可能な小型高感度三軸力センサを採用し，無線通信により得られたデータを専用端末に伝送可能な仕組みとした．実験より，センサから歩行動作時における足部にかかる剪断力データを取得することができ，出力波形の比較分析を進めることで，歩行周期における足部動作を詳細に解析することができた．具体的には，歩行中の踵接地時の足部の内外反の動きや，足圧中心軌跡の偏移について考察した．また，デバイスに採用したセンサの配線や無線装置実機の配置方法等について，構成を検討し利用しやすさの観点から改善を行った．小型剪断力計測センサと無線通信の活用により，実験室環境下だけでなく場所を問わず歩行動作の定量計測ができる本デバイスは，ヒトの足部の解剖学的構造や3次元的な動作分析に着目し，対象者の足部・歩行機能の新たな評価手法を見出す1つのツールとして提案できると考えられる．
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現在までに，足部機能および歩行機能の定量的評価のための足底部剪断力計測デバイスの開発・改良を進めた．また，開発デバイスと既存の評価手法である三次元動作解析システムによる健常者の歩行計測データを取得し，ヒトの歩行動作時における足底部にかかる剪断力データを定量化，データの分析を進めることができた．開発デバイスを用いることにより，歩行動作中において安定して剪断力データを取得でき，足部の内外反の動きや足圧中心の偏移を観察できることを確認した． 2020年度は歩行計測実験において健常者・高齢者の歩行データをさらに取得予定であったが，新型コロナウイルス感染症拡大の影響により，ヒトを対象とした歩行計測実験が計画通りに遂行できず，現段階では被験者数は十分とは言えない状況である．実験の手法や準備は既に整っていることから，今後は実験再開ができる状況になった段階で健常者・高齢者のデータを再度収集し，分析アルゴリズム構築のための知見を収集する予定である．
今後の研究の推進方策	今後は新型コロナウイルスの感染拡大防止は最優先事項とし，実験再開ができる状況になった段階で，ここまでに開発を進めた足底部剪断力計測デバイスを用いて健常者・高齢者・足部疾患患者を対象とした歩行計測実験を行う．新規被験者のデータ取得が困難になる場合，既に取得したデータの詳細な解析を進め，歩行動作時における足底部剪断力データに対する自動分析アルゴリズムの構築を目標とする．計測データについては，多変量解析の手法を用いて足部の解剖学的構造・歩行動作に関連する身体運動データの特徴のパターン分類を行い，対象者ごとの特徴量を抽出することで歩行および足部機能の分析アルゴリズムを構築し，新たな定量的評価手法の確立を目指す．さらに，開発デバイス制御用アプリケーションソフトウェアにその分析手法の要素を組み込み，改良を進める．ここでは，ユーザへのデータのフィードバック機能を充実させることで，人々の日常生活におけるデバイスのユーザビリティの向上を目指す．
次年度使用額が生じた理由	2020年度の途中まで，研究責任者の産前後・育児休暇の取得が発生したことと，新型コロナウイルスの感染拡大の影響のため，実験実施が予定通りに遂行できず当初の研究計画経費との差異が生じた．