2017 Fiscal Year Research-status Report

筋骨格モデルを用いた投球動作中の肩甲帯の関節キネティクスの同定

Research Project

Project/Area Number	16K12997
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	松尾知之大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (00209503)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	スポーツ科学 / 生物．生体工学 / 運動制御
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、投球中の肩甲骨動態を推定することである。本年度は、圧力センサー付きのpalpator（肩甲骨位置同定器）を完成させ、palpatorを用いた肩甲骨位置をマッピングマーカーによる計測で推定する方法を検討することを中心に実施するとともに、マッピングマーカーによる投球時の肩甲骨動態計測を実施した。具体的には、まず、投球姿勢に類似した４種類の静的姿勢時の肩峰角、肩甲棘内縁交差部、肩甲骨下角の位置を触診し、その位置に反射マーカーを取り付けたpalpatorをあてることによって、肩甲骨の位置を同定した。次に、直径6mmの反射マーカーで、間隔25mmの8行7列の行列を成すマッピングマーカーを研究対象者の肩甲骨付近の背中に貼付し、上記と同じ姿勢時のマーカー位置をモーションキャプチャーシステムで計測した。マッピングマーカーから得られた幾つかの変数を独立変数とし、肩甲骨の３つの特徴点を従属変数した重回帰分析を行うことによって、マッピングマーカーの位置情報から肩甲骨の３つの特徴点を推定する数式モデルを作成した。モデルの一致度を、胸骨上縁を原点とした胸郭座標系での位置座標として、級内相関係数[IC(1,1)]および二乗平均平方根誤差（RMSE）で検討した。内外側方向では高い精度を示し、肩甲棘内側縁交差部および肩甲骨下角部に関しては、中等度以上の精度を示した。しかし、角度に関しては、やや低い一致度を示し、改善の余地があることを認めた。上記の数式モデルから、投球時の肩甲骨の動きを推定した。暫定的な結果として、これまで主に静的姿勢で確認されてきた肩甲上腕リズムに近い割合で、投球中にも肩甲骨の上方回旋運動が生じている可能性があること、内外転運動や前方／後方傾斜には大きな個人差がある可能性が高いこと、などが明らかとなった。今後、さらに精度の高い方法論を確立する必要がある。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 平成28年度に、申請当初予定していなかった校務の増加やpalpator作成に伴う問題発覚などのために、当初予定に比べ、かなりの遅れをとった。平成29年度は、その遅れをだいぶ取り戻すことができたと認識しているが、当初予定と比べると、若干遅れていることから、「やや遅れている」との判断となった。今後は、本研究へのエフォートを多めに設定することで、当初予定に追いつけるものと考えている。
Strategy for Future Research Activity	平成29年度、一連の実験を行ったことで、palpator（肩甲骨位置特定器）とマッピングマーカーの両方を実行することは、実験時間を長引かせ、研究対象者へ時間的にも心理的にも負担を増加させることがわかった。このため、palpatorの替わりに棒状のstylusに圧力センサーを組み込んだ計測器を開発し、静的姿勢時の肩甲骨の位置を特定する方法を採用することを考えている。Stylus完成後は、今年度の方法を踏襲して実験を行うが、推定精度の向上のために、静的姿勢の数を４から８～１０に増加する予定である。また、この際にクラスターマーカーを付加することによって、さらに精度の向上を図る。さらに、投球中の推定モデルをより精度良く推定するためには、加重負荷に対する頑健性を調査する必要があると考えており、静的姿勢で加重負荷を課す実験も実施する。この結果を修正項として数式モデルに加え、モデルの改良を図る。また、加重負荷条件では、肩甲骨の位置だけではなく、肩関節複合体および上腕骨の運動における協調運動に変化が生まれることが予想され、これらも考慮した数式モデルを開発する。最終的に開発したモデルを投球中の上肢帯に適用し、投球中の肩甲骨動態の定量化を目指す。
Causes of Carryover	幾つかの実験を行った結果、開発したpalpatorとマッピングマーカーの同時使用にはデメリットの方が多いことがわかり、palpatorの替わりにstylusを作成することとなった。そのため、予定していた次の実験を取り止めたことから、若干の不使用額が生じることとなった。