Dynamic Diagnostic System for Knee Osteoarthritis and Taylormade Rehabilitation

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17J03084
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 飯島 弘貴 慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Keywords: 変形性膝関節症 / 慣性センサ / 歩行評価 / 左右非対称性 / リハビリテーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、地磁気搭載慣性センサ、インソール型足圧センサ、レーザーレンジセンサ等の計測機器を用いて、変形性膝関節症（膝OA）患者の移動能力評価を行い、膝OA進行および関節痛の予後予測が可能な動的診断システムを開発し、そのシステムに準じたリハビリテーション介入が、膝OA進行および関節痛に与える影響を検証することを目的としている。なお、本研究では、全ての対象者に研究趣旨を書面にて個別で説明し、同意を得た後に実施した。
平成31年度では、膝OAと診断された地域在住高齢者131名を対象に、腰部に固定した慣性センサを用いて歩行評価を行った。得られた計測値から、左右非対称性指標であるHarmonic ratioとImproved harmonic ratio（iHR）の2つの指標を算出した。これら2つの指標が膝OA患者の下肢筋力や日常生活困難度のモニタリング指標となりうるかを検討するため、線形回帰分析を用いてこれらの関連性を評価した。その結果、内外側方向のiHRが膝OA患者の関節痛や生活支障度と関連した。
次に、これら横断的研究から構築した歩行評価システムを膝OA患者の個別リハビリテーションに生かすため、医療機関において外来リハビリテーション中の膝OA患者1名を対象とした症例検討を行った。本症例は歩行中の左右非対称性に起因する関節痛を慢性的に有していた。前述のiHRを用いて複数のリハビリテーション治療介入前後の変化を捉えることで、どのリハビリテーション治療が最も左右非対称性を改善し、関節痛緩和において最適な治療なのかを定量的に判断することができた。6週間のフォローアップ時では、良好な治療経過をたどっていた。
以上のことから、IMUによる歩行評価は、膝OA進行に伴う関節痛や生活支障度の増悪をモニタリングできる可能性があり、リハビリテーション治療方針決定にも寄与することが明らかになった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成30年度には、変形性膝関節症患者131名を対象に、慣性センサを用いた計測を行い、一部の解析を既に完了している。また、平成31年度に向けたリハビリテーション介入効果に関する予備検討も行うことができた。得られた一部の研究成果については、予定通り国内外の学会や原著論文にて報告することができ、おおむね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度に得られた計測データについては解析を継続し、学会発表ならびに論文成果発表を行っていく。また、平成30年度のリハビリテーション介入予備検討を踏まえて、計測システムを用いた系統的な膝OA治療戦略を構築する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Proximal Gait Adaptations in Individuals with Knee Osteoarthritis: A Systematic Review and Meta-analysis. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Shimoura K, Ono T, Aoyama T, Takahashi M.
  • Journal Title: J Biomech Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.jbiomech.2019.02.027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Interaction Between Varus Thrust and Ambulatory Physical Activity on Knee Pain in Individuals with Knee Osteoarthritis: An Exploratory Study with 12-Month Follow-Up. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Aoyama T, Eguchi R, Takahashi M, Matsuda S.
  • Journal Title: Clinical Rheum Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s10067-019-04472-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trunk movement asymmetry associated with pain, disability, and quadriceps strength asymmetry in individuals with knee osteoarthritis: a cross-sectional study. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Eguchi R, Aoyama T, Takahashi M.
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: 27 Pages: 248-256
  • DOI: 10.1016/j.joca.2018.10.012.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quadriceps weakness in individuals with coexisting medial and lateral osteoarthritis. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Suzuki Y, Aoyama T, Takahashi M.
  • Journal Title: JBJS Open Access Volume: 4 Pages: -
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interaction between low back pain and knee pain contributes to disability level in individuals with knee osteoarthritis: A cross-sectional study. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Suzuki Y, Aoyama T, Takahashi M.
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: 26 Pages: 1319-1325
  • DOI: 10.1016/j.joca.2018.06.012.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inverted Rearfoot posture in subjects with coexisting patellofemoral osteoarthritis in medial knee osteoarthritis: an exploratory study. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Ohi H, Fukutani N, Aoyama T, Kaneda E, Abe K, Takahashi M, Matsuda S.
  • Journal Title: J Foot Ankle Res Volume: 11 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s13047-018-0261-6.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Psychological health is associated with knee pain and physical function in patients with knee osteoarthritis: an exploratory cross-sectional study. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Aoyama T, Fukutani N, Isho T, Yamamoto Y, Hiraoka M, Miyanobu K, Junnouchi M, Kaneda E, Kuroki H, Matsuda S.
  • Journal Title: BMC Psychology Volume: 6 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s40359-018-0234-3.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Relationship Between Varus Thrust During Gait and Low Back Pain in People with Knee Osteoarthritis. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Suzuki Y, Aoyama T, Matsuda S, Takahashi M.
  • Organizer: ORS 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] People With Varus Thrust Less Responds to Home-Based Quadriceps Exercise on Pain Outcomes: A Secondary Subgroup Analysis From a Randomized Controlled Trial. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Suzuki Y, Aoyama T, Matsuda S, Takahashi M.
  • Organizer: ORS 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel Locomotive Assessment for Knee Osteoarthritis: Laser-TUG. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Yorozu A, Suzuki Y, Eguchi R, Aoyama T, Takahashi M.
  • Organizer: ORS 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Trunk movement asymmetry was associated with pain, disability, and quadriceps strength asymmetry in individuals with knee osteoarthritis: a cross-sectional study. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Eguchi R, Aoyama T, Takahashi M.
  • Organizer: ORS 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Poor Stair Climbing Capacity in Early Knee Osteoarthritis: Toward a Defining Clinical Hallmarks of Early Disease. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Eguchi R, Shimoura K, Aoyama T, Takahashi M.
  • Organizer: ORS 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation on Stair Climbing Capacity: a Secondary Analysis of Randomized Controlled Trial. (2019)
  • Author(s): Iijima H, Eguchi R, Shimoura K, Aoyama T, Takahashi M.
  • Organizer: ORS 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 慣性センサによる変形性膝関節症の動的機能診断. (2018)
  • Author(s): 飯島弘貴, 江口僚, 青山朋樹, 高橋正樹.
  • Organizer: スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2018
• [Presentation] 慣性センサを用いた変形性膝関節症者の歩行診断と新治療コンセプト「GAITの提案」. (2018)
  • Author(s): 飯島弘貴, 江口僚, 青山朋樹, 高橋正樹.
  • Organizer: LIFE 2018
• [Presentation] Slowed turning speed in knee osteoarthritis patients with weaker hip abductor muscle. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Yorozu A, Suzuki Y, Eguchi R, Aoyama T.
  • Organizer: 23th Annual Meeting of the Japanese Association of Physical Therapy Fundamentals
• [Presentation] Risk-benefit balance of repetitive physical exercise on osteoarthritic articular cartilage: a cross-cutting systematic review of human, in vivo, and ex vivo studies. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Sonoo M, Yamashita T.
  • Organizer: 23th Annual Meeting of the Japanese Association of Physical Therapy Fundamentals
• [Presentation] Markerless Mobility Assessment Techniques Toward an Establishment of Outcome Measures of Regenerative Rehabilitation for Knee Osteoarthritis. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Eguchi R, Yorozu A, Aoyama T, Takahashi M.
  • Organizer: 7th Annual International Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effectiveness of Mesenchymal Stem Cells for Treating Patients with Knee Osteoarthritis: A Meta-analysis Toward the Establishment of Effective Regenerative Rehabilitation. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Isho T, Kuroki H, Takahashi M, Aoyama T.
  • Organizer: 7th Annual International Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rehabilitation After Osteochondral Autograft Transplantation: A Single Case Report. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Takeda T, Harada S, Iwadate D, Otsuka K.
  • Organizer: 7th Annual International Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Int'l Joint Research