(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の足を乗せるプラットフォームと、
前記プラットフォームを第１の回転軸の回りに回転させるサーボユニットと、
前記サーボユニットを制御する制御ユニットとを有し、
前記制御ユニットは、前記プラットフォームを初期角度に維持する第１のモード、一定の速度で第１の方向に回転させる第２のモード、および前記第１の回転軸回りのトルクがゼロになるように第２の方向に回転可能に支持する第３のモードを切り替える機能を含む、システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記切り替える機能は、前記第１のモードから前記第２のモードにランダムなタイミングで切り替える機能を含む、システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記プラットフォームが前記第１の方向に所定の角度だけ回転すると前記プラットフォームの回転を止めるストッパを有し、
前記切り替える機能は、前記プラットフォームが前記所定の角度だけ回転すると前記第２のモードから前記第３のモードに切り替える機能を含む、システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記プラットフォームの回転状況をモニタリングするユニットを有する、システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記プラットフォームは一方の足を乗せる片足用のプラットフォームであり、
前記第１の回転軸は、前後方向に延び、
前記初期角度は、足関節内外反ゼロ度であり、
前記第１の方向は、足関節内反方向である、システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記プラットフォームは、前記第１の回転軸が距骨下関節の下方になるように前記片足を前記プラットフォーム上に支持するガイドを含む、システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記サーボユニットは、サーボモータと、前記サーボモータの駆動力を前記プラットフォームに伝達する伝達機構とを含む、システム。
【請求項８】
少なくとも一方の足を乗せるプラットフォームと、
前記プラットフォームを第１の回転軸の回りに回転させるサーボユニットと、
前記サーボユニットを制御する制御ユニットとを有するシステムの制御方法であって、
前記プラットフォームを初期角度に維持する第１のモード、一定の速度で第１の方向に回転させる第２のモード、および前記第１の回転軸回りのトルクがゼロになるように第２の方向に回転可能に支持する第３のモードを切り替えることを有する、制御方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記切り替えることは、前記第１のモードから前記第２のモードにランダムなタイミングで切り替えることを含む、制御方法。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記システムは、前記プラットフォームが前記第１の方向に所定の角度だけ回転すると前記プラットフォームの回転を止めるストッパを有し、
前記切り替えることは、前記プラットフォームが前記所定の角度だけ回転すると前記第２のモードから前記第３のモードに切り替えることを含む、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足を乗せるプラットフォームを有する測定・トレーニング用のシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、筋反応時間を測定するため、片側足関節に対して、突然の内反刺激を模擬できるＴｒａｐ  ｄｏｏｒを作成したことが記載されている。Ｔｒａｐ  ｄｏｏｒでは、対象者にＴｒａｐ  ｄｏｏｒ上で起立安静で前方を向かせリラックスさせた後、筋電図による測定を開始し、対象者の後方からＴｒａｐ  ｄｏｏｒを支持しているストッパを引っ張って作動させ、片方のＴｒａｐ  ｄｏｏｒを２５度傾斜させた際の筋反応時間を測定している。
【０００３】
非特許文献２には、Ａｎｋｌｅ  ｄｉｓｃが記載されている。Ａｎｋｌｅ  ｄｉｓｃは不安定な円盤であり、選手はここに脚を載せて安定を保つ訓練を行う。また、円盤を円周状に回して足関節周囲の筋力強化と固有知覚受容器訓練を行うことができることが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】２０１２年３月発行、帝京平成大学紀要第２３巻第１号「吉田・小林・増成・功刀・久島・高橋：足関節周囲筋の反応時間に与える疲労の影響」
【非特許文献２】２０１４年、ＫＥＩＯ  ＳＦＣ  ＪＯＵＲＮＡＬ  Ｖｏｌ．１４  Ｎｏ．２「橋本・勝川・石田・小熊・真鍋：けがをしない身体をつくるために」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スポーツの現場における足関節捻挫の予防、老齢者の転倒予防などに繋がる測定・トレーニング用のシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、少なくとも一方の足を乗せるプラットフォームと、プラットフォームを第１の回転軸の回りに回転させるサーボユニットと、サーボユニットを制御する制御ユニットとを有するシステムである。制御ユニットは、プラットフォームを初期角度に維持する第１のモード、一定の速度で第１の方向に回転させる第２のモード、および第１の回転軸回りのトルクがゼロになるように第２の方向に回転可能に支持する第３のモードを切り替える機能を含む。第１のモードから第２のモードに切り替えることにより突発的な機械的外乱を脚部に与え、第２のモードから第３のモードに切り替えることにより突発的な外乱に対する脚部の動的・反射的な反応を行わせることができる。したがって、このシステムを用いることにより、ユーザーは、脚部の突発的な外乱に対する反応性の測定およびトレーニングを行うことができる。
【０００７】
切り替える機能は、第１のモードから第２のモードにランダムなタイミングで切り替える機能を含んでもよい。システムは、ランダムなタイミングで、不意の突発的な外乱を自動的に繰り返し発生することができ、反応性トレーニングの効率を向上できる。
【０００８】
システムは、プラットフォームが第１の方向に所定の角度だけ回転するとプラットフォームの回転を止めるストッパを有し、切り替える機能は、プラットフォームが所定の角度だけ回転すると第２のモードから第３のモードに切り替える機能を含んでもよい。システムは、プラットフォームの回転状況をモニタリングするユニットを有してもよい。脚部の動的・反射的な反応の特性をモニタリングできる。
【０００９】
プラットフォームは一方の足を乗せる片足用のプラットフォームであってもよく、第１の回転軸は、前後方向に延び、初期角度は、足関節内外反ゼロ度であり、第１の方向は、足関節内反方向であってもよい。このシステムにより、ユーザーは、足関節内反捻挫の予防に効果的な反応性トレーニングを行うことができる。プラットフォームは、第１の回転軸が距骨下関節の下方になるように片足をプラットフォーム上に支持するガイドを含んでもよい。
【００１０】
サーボユニットの一例は、サーボモータと、サーボモータの駆動力をプラットフォームに伝達する伝達機構とを含むものである。
【００１１】
本発明の他の態様の１つは、少なくとも一方の足を乗せるプラットフォームと、プラットフォームを第１の回転軸の回りに回転させるサーボユニットと、サーボユニットを制御する制御ユニットとを有するシステムの制御方法であり、以下の工程を含む。
１．プラットフォームを初期角度に維持する第１のモード、一定の速度で第１の方向に回転させる第２のモード、および第１の回転軸回りのトルクがゼロになるように第２の方向に回転可能に支持する第３のモードを切り替えること。
【００１２】
切り替えること（ステップ１）は、第１のモードから第２のモードにランダムなタイミングで切り替えることを含んでもよい。
【００１３】
システムは、プラットフォームが第１の方向に所定の角度だけ回転するとプラットフォームの回転を止めるストッパを有し、切り替えることは、プラットフォームが所定の角度だけ回転すると第２のモードから第３のモードに切り替えることを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】測定・トレーニングシステムの構成を示す図。
【図２】測定・トレーニングシステムに足を載せた状態を示す図。
【図３】測定・トレーニングシステムの制御方法を示すフローチャート。
【図４】測定・トレーニングシステムで内反方向に突発的な外乱を与えた状態を示す図。
【図５】突発的な外乱から反応した状態を示す図。
【図６】被験者の選択段階を示す図。
【図７】被験者のグループ毎の特性を示す図。
【図８】（ａ）は長腓骨筋の表面筋電図活動の機械的外乱開始から最大振幅値までの潜時ＬＰＡの群内比較を示す表であり、（ｂ）はトレーニングシステムのプラットフォームを元の位置に戻すまでの時間ＰＲＴ（Plate Return Time）の群内比較を示す表であり、（ｃ）は機械的外乱に対する反応を行った際の皮質活動について，酸素化ヘモグロビン変化量ｏｘｙ・Ｈｂの群内比較を示す表である。
【図９】（ａ）は長腓骨筋のＲＭＳ波形のピークに至るまでの潜時ＬＰＡ（Latency to Peak Amplitude）の群内・群間の比較を示すグラフであり、（ｂ）はＰＲＴの群内・群間の比較を示すグラフである。
【図１０】（ａ）はＬＰＡの群間の比較を示す表であり、（ｂ）はＰＲＴの群間の比較を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
スポーツの現場において、足関節捻挫は最も一般的な外傷であり、その中でも足関節内反捻挫は、最も発生頻度が高いと言われている。足関節内反捻挫を受傷した場合に問題となることは、疼痛や腫脹といった症状が発生することに加え、練習や試合へ復帰するまでの時間を要すること、足関節の機能的不安定性を呈し、足関節捻挫の再受傷の危険性が増加することなどが挙げられる。そこで、足関節内反捻挫の一次予防は、スポーツをより安全に遂行していく上で非常に重要な取り組みになる。
【００１６】
足関節内反捻挫の一次予防には、足関節の動的なバランスと安定性の改善を目的として行われている固有感覚トレーニング、バランストレーニング、神経筋トレーニング、ジャンプなどを含めた機能性トレーニングに加えて、長腓骨筋の迅速な反応が、足関節を保護するために重要である。
【００１７】
足関節不安定板いわゆるａｎｋｌｅ  ｄｉｓｋを用いた内乱に対するトレーニングが知られている。ａｎｋｌｅ  ｄｉｓｋ（アンクルディスク）を用いた運動は、予め予測された運動であることから実際に生じる内反捻挫とは状況が異なる。また、約数百ｍｓｅｃの相対的にゆっくりとした姿勢の動きであり、約４０ｍｓで生じる足関節靱帯の外傷から足関節を保護するトレーニングとして最適とはいえない。足関節内反捻挫に対する保護メカニズムとして重要な指標は、不意で突発的に生じる内反方向への動きに対する長腓骨筋の反応時間と、足関節内反刺激に対する反応時間および十分な外反力の発生の両者が適切な筋収縮において生み出されることである。
【００１８】
足関節内反捻挫をシミュレートした足関節内反方向への突発的な外乱刺激に対する長腓骨筋の反応時間を測定するための装置としてｔｒａｐ  ｄｏｏｒが知られている。ｔｒａｐ  ｄｏｏｒ（トラップドア、落とし戸）は機械的な制動がなされていないため、被験者間の体重の違いにより角速度が一定にできず、統制のとれた反応性の測定および評価が難しい。
【００１９】
足関節内反方向への不意で突発的な機械的外乱を一定の角度範囲と角速度で発生させることのできる装置を用いたトレーニングを行うとともに、その効果を定量的な反応性を指標として解析できるシステムが求められている。このシステムは、片足を両足に替えたり、外乱方向を変えることにより足関節外反方向の捻挫防止や、転倒防止のための一次予防トレーニングに用いることができる。
【００２０】
図１に示す装置（測定・トレーニングシステム）１０は、一定の角度範囲と角速度とで不意で突発的な機械的外乱を与えることができる外乱刺激装置である。この外乱刺激装置を用いて、不意で突発的な足関節内反方向への機械的外乱に対する反応性の測定およびトレーニングを実施する。
【００２１】
図１に示す測定・トレーニングシステム（測定およびトレーニングシステム、以降においてはトレーニングシステム）１０は、トレーニングシステム１０に右側の足１を載せてトレーニングする。その際、トレーニングシステム１は、図２に示すように、反対側の足を乗せる台２０とともに使用される。以降においては、トレーニングシステム１０で右側の足１をトレーニングすることを説明するが、左右の足を交換して左側の足２をトレーニングすることも可能であり、左右の足１および２を同時にトレーニングすることも可能である。
【００２２】
トレーニングシステム１０は、足を乗せるプラットフォーム（プレート）１１と、プラットフォーム１１を軸（第１の回転軸）１２の回りに回転支持するフレーム１５とを含む。フレーム１５は、台盤１４と、台盤１４の前後に配置された支柱１６と、支柱１６に支持された前後の軸受け１７と、軸受け１７で支持され、軸１２の回りに回転するシャフト１８とを有する。プラットフォーム１１は、シャフト１８により回転軸１２の回りに、左右に旋回する。なお、図１以外は、簡単のため支柱１６を省いて示している。プラットフォーム（プレート）１１の一例は幅１５ｃｍ、長さ３５ｃｍ、高さ１６．８ｃｍである。
【００２３】
トレーニングシステム１０は、さらに、プラットフォーム１１を補強するリブ１１ａと、プラットフォーム１１の過度な回転を防止するためのストッパ１９とを含む。このトレーニングシステム１０は、ストッパ１９により、右側（内反側、外足側）３１に、３０度を限度として回転する。プラットフォーム１１の回転範囲は３０度に限られず、３０度以下であってもよく、３０度以上であってもよい。
【００２４】
トレーニングシステム１０は、さらに、プラットフォーム１１の上（上面）の所定の位置に足１を支持するガイド（サポート）１３を含む。ガイド１３により、プラットフォーム１１の回転軸１２が、足１の距骨（距骨下関節）３の下に位置するように、プラットフォーム１１の上に足１の位置が決定される。ガイド１３は、さらに、プラットフォーム１１が右側に回転したときにプラットフォーム１１から足１が滑り落ちないように支持する機能も含む。ガイド１３は、足１を、左右から挟んでプラットフォーム１１の上の左右の位置を決めるだけではなく、足１を前後から挟んで、前後の位置を決めるものであってもよい。
【００２５】
トレーニングシステム１０は、さらに、プラットフォーム１１を軸（第１の回転軸）１２の回りに回転させるサーボユニット５０と、サーボユニット５０を駆動するドライバ（サーボアンプ）５２と、ドライバ５２を介してサーボユニット５０を制御する制御ユニット６０とを含む。制御ユニット６０は、ＣＰＵおよびメモリなどのコンピュータ資源を含むパーソナルコンピュータであり、制御ユニット本体６１と、モニター６２と、キーボードなどのユーザーインターフェイス６３とを含む。本例のサーボユニット５０は、サーボモータ、特にＡＣサーボモータを含み、制御位置（回転角度）をモニタリングするエンコーダを内蔵している。エンコーダからの出力５１ｅと、ドライバ５２からの入力５１ｉとにより、サーボユニット５０は、位置制御モード（Ｐモード）と、速度制御モード（Ｓモード）と、トルク制御モード（Ｔモード）とで、プラットフォーム１１の動きを制御できる。
【００２６】
トレーニングシステム１０は、サーボユニット、具体的にはサーボモータ５０の駆動力をプラットフォーム１１に伝達する伝達機構５５を含む。伝達機構５５は、プラットフォーム１１の下面に取り付けられた半円状のギア（歯車）５６と、サーボモータ５０により半円状のギア５６を回転駆動するスプロケット５７とを含む。
【００２７】
制御ユニット６０は、サーボユニット５０の機能を所定の順番で切り替えてプラットフォーム１１の動きを制御する切り替え機能（切り替えユニット）６５と、サーボユニット５０のエンコーダ出力をディスプレイ６２に出力してプラットフォーム１１の状態（回転状況）をモニタリングするモニタリング機能（モニタリングユニット）６６とを含む。切り替え機能６５は、位置制御モード（Ｐモード）でプラットフォーム１１の位置を初期角度に維持する第１のモードＭ１と、速度制御モード（Ｓモード）で所定の速度（角速度）でプラットフォーム１１を右方向（第１の方向）３１に回転する第２のモードＭ２と、トルク制御モード（Ｔモード）でプラットフォーム１１を左方向（第２の方向）に回転する第３のモードＭ３とに切り替える機能を含む。
【００２８】
第１のモードＭ１では、プラットフォーム１１を足１が載った状態で、足関節内外反ゼロ角、すなわち、水平にサーボユニット５０により維持する。第２のモードＭ２では、プラットフォーム１１を、サーボユニット５０により、右方向（内反方向）３１に所定の角速度、たとえば、３００度／秒で回転する。第３のモードＭ３では、ドライバ５２の内部設定トルク値をゼロにしてプラットフォーム１１をサーボユニット５０により、軸１２の回りのトルクがゼロで回転するように駆動する。
【００２９】
切り替え機能６５は、さらに、第１のモードＭ１から第２のモードＭ２にランダムなタイミングで移行する（切り替える）機能６５ａと、プラットフォーム１１の回転角度がストッパ１９に当たる角度になると第２のモードＭ２から第３のモードＭ３に切り替える機能６５ｂと、プラットフォーム１１が水平になると第３のモードＭ３から第１のモードＭ１に切り替えてプラットフォーム１１の位置を元に戻す機能６５ｃとを含む。プラットフォーム１１の角度を水平な状態で停止させる機能６５ｃは、プラットフォーム１１の左側３２の回転角度を制御するストッパで実現することも可能である。
【００３０】
図３に、トレーニングシステム１０におけるプラットフォーム１１の動きの制御方法をフローチャートにより示している。ステップ７１においてサーボユニット５０は位置制御モード（Ｐモード）であり、サーボユニット５０によりプラットフォーム１１を水平、すなわち、内外反ゼロの状態に維持される（モードＭ１）。ステップ７２において、制御ユニット６０でランダムなタイミングが生成され、そのタイミングになると、ステップ７３において、サーボユニット５０は速度制御モード（Ｓモード）に移行し、サーボユニット５０によりプラットフォーム１１は定角速度で内反方向３１に旋回する（モードＭ２）。
【００３１】
図４に示すように、トレーニングシステム１０のこの予測不能な突発的な動きにより、右足１の足関節は内反方向に回転させられる。
【００３２】
ステップ７４において、プラットフォーム１１の回転角度が３０度になると、プラットフォーム１１はストッパ１９により回転が止まるとともに、ステップ７５において、サーボユニット５０はトルク制御モード（Ｔモード）に移行し、サーボユニット５０によりプラットフォーム１１はトルクゼロ状態で逆方向（外反方向）３２に回転可能となる。
【００３３】
図５に示すように、トレーニングシステム１０がトルクゼロ状態に移行することにより、ユーザーは右足１の動きを図４に示した外乱刺激に対して反応させて反対方向（外反方向）３２に素早く戻すことが可能となり、足関節内反捻挫を予防するためのトレーニングを行うことができる。
【００３４】
ステップ７６において、プラットフォーム１１が水平に戻ると、ステップ７１に戻り、サーボユニット５０によりプラットフォーム１１は水平に維持される。そして、再びランダムなタイミングで、プラットフォーム１１は不意に突発的に回転し、上記のトレーニングが繰り返される。
【００３５】
以上のように、このトレーニングシステム１０を用いることにより、足関節内反捻挫が発生する状態をシミュレートできるとともに、その後、その刺激に対する動的・反射的な反応を行わせることができる。したがって、足関節内反捻挫の一次予防を目的としたトレーニングとその効果判定を行うことができる。
【００３６】
すなわち、本装置（トレーニングシステム、外乱刺激装置）１０は、立位姿勢を保持している被験者の右足１の下にあるプレート（プラットフォーム）１１を、コントローラを用いて、サーボシステム５０の制御によって足関節内反方向に回転させる。したがって、トレーニングシステム１０は、任意の角度範囲ならびに角速度において、ランダムな時間間隔で発生する不意で突発的な機械的外乱を、足関節内反方向へ与えることができる。さらに、トレーニングシステム１０は、モニタリングユニット６６により、その時のプラットフォームの動きに関するアナログ信号（たとえば、エンコーダの出力）を外部に出力する。こういった一連のプラットフォーム１１の回転においては、被験者の足部１がプラットフォーム１１から滑り落ちることがないように、プラットフォーム１１の内外側および踵部分へガイド（サポート）１３を設置するとともに、プラットフォーム１１の下方にはメカニカルストッパー１９を設置することで設定角度を超えることがないよう安全性を確保した。
【００３７】
プラットフォーム１１の動きに関しては、軸１２を足関節の距骨下関節３に設定するとともに、足関節内反３０度までの機械的外乱が生じた後に、プラットフォーム１１の制御がフリーになる仕組みとした。それにより、被験者が外乱刺激に抗するように外乱刺激と反対方向の足関節外反方向へプラットフォーム１１を素早く動かすように反応すると、プラットフォーム１１は足関節内・外反ゼロ度の位置まで戻すことができる。このことから、このトレーニングシステム１０は、ｔｒａｐ  ｄｏｏｒのようなプレートの回転軸を足部の内側に設定している装置とは異なり、足関節内反捻挫をシミュレートした足関節内反方向への不意で突発的な外乱刺激に対して、被験者が外乱刺激と反対方向へ足関節を素早く戻すといった足関節内反捻挫を予防するために重要な動きを可能とし、また、その動きをシミュレートすることを可能とした。
【００３８】
なお、プラットフォーム１１の内反方向３１への最大角度に関しては、足関節内反捻挫のシミュレーションの条件として安全性が検証され、さらに、予備実験で安全であると確認された角度である内反角度３０度に設定している。この角度は、ユーザー（被験者）の状況によって浅くしたり、深くしたりすることも可能である。
【００３９】
また、角速度については、約２００度／ｓｅｃ、３７５度／ｓｅｃ、４４０度／ｓｅｃなどであってもよい。足関節内反捻挫を受傷した際の最大内反速度は６３８度／ｓｅｃであったとの報告を参照し、本システム１０においては、できるだけ足関節内反捻挫受傷時の角速度に近く、なおかつ足関節内反捻挫が発生することのない安全性を確保できるような角速度であることを考慮し、角速度３００度／ｓｅｃを採用している。さらに、外乱刺激であるプラットフォーム１１の強制的な回転を角速度一定に制御することにより、ｔｒａｐ  ｄｏｏｒのような被験者間の体重の違いにより反応性に影響を及ぼす可能性ができるだけないようにしている。
【００４０】
このトレーニングシステム１０を用いてトレーニング効果を確認する実験を行った。６０名の健常な参加者を、乱数表を用いて、以下の３群に無作為に割り付けた。
１）反応性トレーニング群（ＲＴ（Reactive Training）グループ）
２）セルフペーストレーニング群（ＳＴ（Self-pace Training）グループ）
３）トレーニングを実施しない群としてコントロール群（コントロールグループ）
ＲＴグループおよびＳＴグループは週３回のトレーニングを４週間実施し、コントロールグループはトレーニングを実施せず、４週間の前後に実施した測定のみ参加した。４週間のトレーニング期間の前後において、足関節に対する不意で突発的な機械的外乱に対して、反応的な動きを行った際の足関節の反応特性を測定した。
【００４１】
足関節内反方向への不意で突発的な機械的外乱に対する反応特性を以下のように測定した。はじめに、被験者に一方の足をトレーニングシステム１０の上に載せ、股関節屈曲０°、膝関節屈曲０°、足関節底背屈０°で、両足幅１５ｃｍで両足均等荷重の直立位の測定姿勢をとらせた。被験者には、「両手は体側で、視線は前方の壁全体をぼんやりと見て、できるだけ何も考えないようにしていて下さい。」と指示し、機械的外乱に対する予測や構えを行わないよう注意を払った。
【００４２】
次に、右下肢の長腓骨筋の筋電図モニター（ノラクソン製、マイオリサーチXP）から被験者がリラックスしていることを視覚的に確認したのちに、１０秒間の安静立位を保持させているところへ、トレーニングシステム１０により右足関節に対して、角速度３００度／ｓｅｃで足関節内・外反０°から内反３０°の角度範囲で足関節内反方向への不意で突発的な機械的外乱を、１０〜１５秒のランダムな刺激間隔で１０回加えた。被験者には、この機械的外乱に対して、「できるだけ速く機械的外乱と反対方向である足関節外反方向に向かってプレートを元の位置に戻して下さい。」と指示し、その際の足関節に関する２つの反応特性を測定した。なお測定は、１０回の練習を行った後に、十分な（約２０分）休憩をはさみ、１０回実施した。
【００４３】
足関節に関する２種類の反応特性の指標としては、トレーニングシステム１０のモニタリングユニット６６からのアナログ信号を用いて測定した機械的外乱開始から、以下の項目を測定した。
【００４４】
（１）右下肢の長腓骨筋の表面筋電図信号の二乗平均平方根（root mean square、以下、ＲＭＳ）における最大振幅値までの潜時（latency to peak amplitude、以下、ＬＰＡ）を測定した。ＬＰＡについては、長腓骨筋の表面筋電図活動を、表面双極誘導法を用いて筋電計（TeleMyo2400TG2EM-602、Noraxon、USA）から導出することによって実施し、得られた筋電信号をデータ解析にてＲＭＳで平滑化をした波形の、機械的外乱開始から最大振幅値までの潜時ＬＰＡを用いた。
【００４５】
なお、表面筋電図の測定の前に、表面電極を貼付する長腓骨筋の筋腹上の皮膚を酒精綿と前処置剤を用いて前処置を行い、皮膚と電極との接触抵抗を５ｋオーム以下に落とし、次に、ディスポ電極（日本光電製、VitrodeMM-150）を、腓骨頭から外果までを結んだ直線の上から１／３にあたる長腓骨筋の筋腹に、中心電極間距離３ｃｍで筋線維の走行と平行に貼付するとともに、アース電極は膝蓋骨中央に貼付した。
【００４６】
（２）トレーニングシステム１０からのアナログ信号を用いて測定したプラットフォーム（プレート）１１を元の位置に戻すまでに要する時間（plate return time、以下、ＰＲＴ）を測定した。
【００４７】
（３）機能的近赤外線分光装置（fNIRS）（島津製作所製、FOIRE3000）を用いて、機械的外乱に対する反応を行った際の皮質活動について、酸素化ヘモグロビン変化量（oxy-Hb concentration change、以下、ｏｘｙ・Ｈｂ）を測定した。皮質活動の測定は，安静１０秒−課題１３５秒−安静１０秒の研究デザインおける課題１５５秒の間に、外乱刺激に対する１０施行の反応が入るようにデザインした。測定は、光ファイバフォルダ全５１チャンネル（ｃｈ）を前頭から頭頂部を覆うように装着し、国際１０−２０法に基づいてプローブ位置を設置し、一次運動野、補足運動野、運動前野および前頭前野の脳血流酸素動態を、サンプリング間隔２５０ｍｓｅｃで計測した。
【００４８】
ＲＴグループおよびＳＴグループに対するトレーニングは以下のように行った。ＲＴグループにおいては、参加者らに対して、トレーニングシステム１０を用いた足関節内反方向への不意で突発的な機械的外乱に対して、できるだけ速くプラットフォーム１１を元の位置まで戻すように反応するよう指示した。機械的外乱は、０°から３０°の範囲、角速度は３００°／ｓｅｃで、１〜５秒のランダムな間隔で発生させた。なお、コントローラ画面に表示されるＰＲＴについて、１回ごとにフィードバックを行った。
【００４９】
ＳＴグループにおいては、参加者らに対して、トレーニングシステム１０のプラットフォーム１１を、セルフペースでできるだけ速く動かすように指示した。このとき、サーボユニット５０はトルク制御モード（Ｔモード）でトルクゼロに設定し、プラットフォーム１１は０°から３０°の範囲で抵抗なく自由に動くようにした。なお、検者がストップウォッチにて測定した１０回の合計時間について、１セットごとにフィードバックした。
【００５０】
ＲＴグループおよびＳＴグループの参加者らは、４週間にわたって週３回、１回のトレーニングにおいては、１セットにつき１０回のトレーニングを３０秒の休憩をはさんで実施した。
【００５１】
上記のデータを以下のようにそれぞれ解析した。
（１）長腓骨筋の筋電信号の解析は、国際電気生理運動学会（International Society of Electrophysiology and Kinesiology、ＩＳＥＫ）において規定されている１０−３５０Ｈｚのバンドパスフィルターをかけた後、時定数５０ｍｓｅｃでの二乗平均平方根ＲＭＳで平滑化を行った。そして、得られたＲＭＳ波形を用いて、機械的外乱開始から、長腓骨筋の表面筋電図信号のＲＭＳ波形の最大振幅値までの潜時ＬＰＡを解析し、１０施行の平均値を指標として用いた。
（２）トレーニングシステム１０のプラットフォーム１１の角度に関するアナログ信号は、サンプリング周波数１．５ｋＨｚでＡ／Ｄ変換し、パーソナルコンピュータ６０に取り込んだ後、解析プログラム（ノラクソン製、マイオリサーチXP）を用いて解析を行った。機械的外乱開始から、被験者がプラットフォーム１１をもとの内・外反中間位の位置に戻すまでの所要時間ＰＲＴの解析は、トレーニングシステム１０からの角度信号のアナログ信号を用いて解析し、機械的外乱開始からプラットフォーム１１の角度が０°まで戻った間の時間を、１施行ごと算出し、１０施行分の平均値を用いた。
（３）反応課題実施時の脳の賦活状況は、１０施行における機械的外乱開始後における血管反応として３．２５から５．２５秒の間のｏｘｙ・Ｈｂの平均値から、１施行目の機械的外乱前２秒間のｏｘｙ・Ｈｂの平均値を引いた値を、外乱刺激に対する反応課題実施時の脳の賦活状況指標として用いた。
【００５２】
上記の測定値（パラメータ）を統計解析方法で処理した。まず、全パラメータは、群内と群間で比較した。得られたデータが正規性を有するかどうかについてShapiro-Wilk検定を用いて解析を行った。その結果、ＬＰＡ、ＰＲＴ、及びｏｘｙ・Ｈｂは、正規性が認められなかった。このため、群内比較はWilcoxonの符号付き順位和検定を、群間比較はKruskal Wallis検定を用いて行い、有意差があった場合には、事後検定として、Mann WhitneyのＵ検定を、Bonferroni補正（有意水準０．０１７）を用いて実施した。有意水準は０．０５とした。全ての統計解析は統計ソフト（SPSS Inc、SPSS 18.0J for Windows（Windowsは登録商標））を用いて行った。
【００５３】
図６に示すように、参加者６０名のうち、ＲＴグループにおいて運動課題が正確に実施できなかった者を１名、ＳＴグループおよびコントロールグループにおいて１０回のＰＲＴの平均値が全体の平均値＋３ＳＤを超えた者を１名ずつ除外し、最終的には、５７名で統計解析を行った。
【００５４】
その結果、母集団は、男性２３名、女性３４名であり、身長１６１．７９±６．６ｃｍ、体重５６．３１±８．１５ｋｇ、年齢２０．９５±１．９９歳であった。図７に示すように、各グループにおける参加者特性に有意差はなかった。
【００５５】
図８および図９に、ＬＰＡ、ＰＲＴ及びｏｘｙ・Ｈｂの群内比較の結果を示した。ＬＰＡに関しては、図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、３群とも、ｐｒｅ−ｔｅｓｔとｐｏｓｔ−ｔｅｓｔの間で有意差が認められなかった。（RT Group: P = .107、 ST Group: P = .07、 CON Group: P = .159）
ＰＲＴに関しては、図８（ｂ）および図９（ｂ）ＲＴグループとコントロールグループにおいて、ｐｒｅ−ｔｅｓｔとｐｏｓｔ−ｔｅｓｔの間で有意差が認められ、ｐｏｓｔ−ｔｅｓｔにおいて、ＲＴグループでの有意な減少と、コントロールグループでの有意な増加が観察された（RT Group: P = .049、CON Group: P = .027）。
【００５６】
ｏｘｙ・Ｈｂに関しては、図８（ｃ）に示すように、５１ｃｈ中で有意な変化を示した部位を抽出し、ＲＴグループでは、１９ｃｈの補足運動野と２８ｃｈの運動前野において（19ch: P = .03、 28ch: P = .03）、ＳＴグループでは、１９ｃｈの補足運動野と４１ｃｈの前頭前野において（19ch: P = .049、41ch: P = .03）、そして、コントロールグループでは、３ｃｈ、４ｃｈ、及び５ｃｈの一次運動野と３４ｃｈの前頭前野において（3ch: P = .044、  4ch: P = .027、 5ch: P = .013、 34ch: P = .036）、ｐｒｅ−ｔｅｓｔよりもｐｏｓｔ−ｔｅｓｔにおいてｏｘｙ・Ｈｂが有意に増加した。
【００５７】
図１０および図９に、ＬＰＡ及びＰＲＴの群間比較の結果を示した。３群それぞれのＬＰＡおよびＰＲＴに関しては、ベースラインであるｐｒｅ−ｔｅｓｔにおける有意差は認められなかった。Ｐｏｓｔ−ｔｅｓｔにおけるＬＰＡの比較では、ｐｏｓｔ−ｈｏｃ−ｔｅｓｔにおいてＲＴグループがＳＴグループよりも有意に減少した（P = .004）。ＰＲＴに関しても、ｐｏｓｔ−ｔｅｓｔにおける３群間の有意差が認められ（P = .04）、ＲＴグループ、ＳＴグループ、コントロールグループの順でＰＲＴの潜時が短い傾向が観察された。しかしながら、ｐｏｓｔ−ｈｏｃ−ｔｅｓｔにおける有意差は認められなかった。
【００５８】
以上の結果より、トレーニングシステム１０を用いて、足関節内反捻挫を受傷する場面のような不意で突発的な機械的外乱に対してできるだけ速く反応することを課題とする反応性トレーニングの効果がある可能性が示された。
【００５９】
すなわち、群内比較ではｐｏｓｔ−ｔｅｓｔにおけるＰＲＴの有意な減少が認められ、群間比較ではｐｏｓｔ−ｔｅｓｔにおけるＬＰＡがＳＴグループに比べＲＴグループで有意に短縮したことが観察された。また、ＰＲＴがｐｏｓｔ−ｔｅｓｔにおいて、ＲＴグループ、ＳＴグループ、コントロールグループの順で潜時が短くなることが観察された。これらのことから、トレーニングシステム１０を用いた、不意で突発的な機械的外乱に対してできるだけ速く反応することを課題とした反応性トレーニングは、足関節内反捻挫の一次予防のための効果的なトレーニング方法である可能性が示された。また、それらの有意な反応特性の向上の背景として、脳のｏｘｙ・Ｈｂにおいて、ｐｏｓｔ−ｔｅｓｔでの補足運動野および運動前野の有意な増加が認められたことから、反応性トレーニングが、不意で突発的な機械的外乱に対してできるだけ速く反応するような運動の自動化に影響を与えた可能性があるものと示唆された。
【００６０】
そして、反応性トレーニングによって、長腓骨筋の表面筋電図のＲＭＳのｐｅａｋ ｌａｔｅｎｃｙであるＬＰＡが、トレーニングシステム１０のプラットフォーム１１が傾斜して最大内反位となる時間（１００ｍｓｅｃ）付近へ近づくようにＬＰＡが有意に短縮することが観察されたとともに、実際の防御的なパフォーマンスとしてのＰＲＴが有意に短縮することが認められた。これらのことから、トレーニングシステム１０を用いた反応性トレーニングが、機械的外乱に対するＬＰＡとＰＲＴの防御的な反応を促進できる可能性が示唆され、足関節内反捻挫の一次予防のための効果的なトレーニング方法として有効である可能性が示された。
【００６１】
そして、それらの足関節の反応特性の有意な向上の背景として、皮質活動の指標として用いたｏｘｙ・Ｈｂに関しては、ＲＴグループにおいて、運動の準備や企画、そして、体性感覚に起因する運動制御・運動学習に関連する補足運動野や運動前野といった領域でのｏｘｙ・Ｈｂの有意な増加が４週間の反応性トレーニング後に認められ、運動の自動化に伴って運動前野および補足運動野の活動が活性化するといった見解と同様の結果となった。また、ＳＴグループおよびコントロールグループにおいて観察された運動に対する意識や注意に関連する運動前野領域でのｏｘｙ・Ｈｂの有意な増加が認められたことが、ＲＴグループとは異なる結果となった。外乱刺激後に有意な皮質活性化を示した前頭前野などが、外乱刺激に対する準備を行うプロセスに関連している可能性が示されており、反応性トレーニングを行っていない群では、同様の反応がみられたものと推察された。これらの結果から、反応性トレーニングによって、足関節内反捻挫を受傷する場面のような不意で突発的な機械的外乱に対してできるだけ速く反応するというような運動の自動化が促進された可能性が示唆され、さらに、それが機械的外乱に対するＬＰＡとＰＲＴの防御的な反応を促進する背景に寄与した可能性が考えられた。これらのことから、こうした一連の変化が、足関節内反捻挫の一次予防のための効果的なトレーニング方法として反応性トレーニングが有効である可能性を示唆しているものと考えられた。
【００６２】
なお、上記において、トレーニングシステム１０にはサーボユニット５０にはサーボモータを採用しているが、エアーシリンダーなどの他のタイプのアクチュエータを備えたサーボユニットであってもよい。また、上記では、トレーニングシステム１０の例として、片足の足関節内反捻挫の一次予防の反応性トレーニングを行う例を説明しているが、トレーニングシステムは、足関節外反捻挫や、転倒防止用のトレーニング用のトレーニングシステムであってもよい。転倒防止用のトレーニングシステムにおいては、片足または両足を搭載するプラットフォームを不意に、突発的に、左右のみならず、あるいは左右に変えて前後に傾ける外乱刺激を与え、それに対する反応性トレーニングを行うことにより、老齢者等の転倒防止プログラムを提供することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    トレーニングシステム（測定・トレーニングシステム）
１１    プラットフォーム
５０    サーボユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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