慣性センサーによる高齢者の歩行中の同時収縮の解析手法の開発

利用惯性传感器开发老年人行走时同步收缩分析方法

• 批准号: 22K17622
• 负责人: 宮下 敏紀
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Morinomiya University of Medical Sciences
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K17622/
• 关键词: 歩行分析; 歩行障害; 慣性センサー; 高齢者; 同時収縮

健康寿命の延伸のため、歩行障害の予防は重要である。特に高齢者の歩行能力低下の原因の1つである下肢筋の拮抗筋との同時収縮の延長は予防すべき障害である。近年、歩行障害の運動学・運動力学解析のため、慣性センサーを用いた研究が行われ、日常環境で、かつ簡便に歩行速度や歩幅といった距離・時間因子の解析が可能となった。しかし、慣性センサーのみで筋活動を推定した方法は報告されていない。そこで慣性センサーによる歩行解析により、歩行中の下肢筋の同時収縮を反映できるかという学術的な疑問が生じる。本研究では歩行障害の予備軍を日常環境で、かつ簡便に発見するために、同時収縮時間の延長を反映する慣性センサーによる歩行解析手法を開発する。これにより臨床において歩行障害の予備軍となりうる高齢者を簡便に発見し、適切な運動療法を実施することで、健康寿命の延伸を図る仕組みの構築を目指す。我々はパイロットスタディとして、慣性センサーで同時収縮を推定出来るのか、その可能性を検討するため、筋電図と加速度波形の関連について調査を行った。対象は整形外科クリニックに通う外来患者11名である。下腿腓頭に装着した加速度波形から加速度を微分したjerkを算出、表面筋電図を用い、前脛骨筋と腓腹筋外側部の筋活動と同時収縮の指標である、%co-contractionを計算し、一歩行周期の立脚期を４つに分類し、それぞれで歩行中のjerkと%co-contractionの関係性を調査した。その結果、荷重応答期において中等度の負の相関関係を示した。正常歩行メカニズムにおいて荷重応答期は衝撃吸収の時期である。この時期の加速度波形は歩行周期の中でも大きく、前脛骨筋の筋活動はピークとなり、腓腹筋の活動は小さく、同時収縮は小さい。一方、荷重応答期に同時収縮が大きい例であると、この時期の加速度は小さくなることが分かった。

Health life extension and prevention of walking disorders are important. The reasons for the low walking ability of especially tall people are as follows: 1. The antagonistic muscles of lower limbs and the extension of muscles at the same time are prevented from being damaged. In recent years, the analysis of kinematics and kinematics of walking obstacles, inertia and application, the analysis of daily environment, simple walking speed and distance, and time factors have been possible. The method of estimating muscle activity is reported. The problem arises from the analysis of movement and the simultaneous contraction of lower limb muscles during movement. This study aims to develop a method for analyzing the behavior of walking hazards in daily environment, simple detection, and reflection of the extension of contraction time. The aim of this study is to provide guidance for the prevention of clinical disorders, the implementation of appropriate exercise therapy, and the extension of healthy life. We investigate the relationship between the acceleration waveform and the tendon voltage. 11 foreign patients in plastic surgery. Calculation of acceleration waveform, differential acceleration, jerk of surface tendon, muscle activity of anterior tibial tendon and lateral fibula tendon, simultaneous contraction index, calculation of %co-contraction, classification of leg period, and investigation of relationship between jerk and %co-contraction of leg. The negative correlation between the results and the load response time is moderate. The normal operation period is the period of load response and the period of shock absorption. The acceleration waveform of this period is large in the middle of the travel period, the tendon activity of the anterior tibial tendon is small in the middle of the travel period, and the tendon activity of the calf tendon is small in the middle of the travel period. The acceleration of the load is reduced at the same time

项目成果

Relationship between leg muscle co-contraction and jerk during gait.

步态过程中腿部肌肉共同收缩与冲击力之间的关系。

• 发表时间: 2023
• 作者: 村越夏未;高橋容子;小西晟智;西條日向子;佐藤梨成;菅澤昌史;井上靖悟;塙真太郎;近藤国嗣;川上途行;宮下 敏紀
• 通讯作者: 宮下 敏紀