三次元動作解析法による LumboLumbo-pelvic Rhythm を用いた
Hip Spine Syndrome の解明
東京大学医学部附属病院リハビリテーション部
緒方直史
起上のみに付けた三次元動作解析マー

はじめにカーを計測する方法で腰椎前弯角を実
近年、これら脊椎、特に腰椎の変性、際に計測すると、安定した計測値が得ら変形により股関節などの下肢症状を呈れない[5]。一方、既存の電磁ゴニオメすることが注目され、股関節と腰椎どちータは、計測値は安定するが接続コードらかの病態が相互の運動機能に障害を起こす Hip Spine syndrome（以下 HSS） が身体動作を制限することがある。
そこで本研究では、新たな腰椎前弯角が、Offierski と Macnab らにより提唱さの計測方法を開発し、三次元動作解析マれている[1]。HSS は、変性を伴う高齢者ーカーを腰椎棘突起上と脊柱起立筋上にも多く認められているが、その定義はに付けることで安定した計測値を得ら未だ曖昧であり、さらにはその発症要因れるようにした。考案した計測方法で動も充分解明されていない[2]。一方、運作時腰椎前弯角計測の信頼性・再現性の動の際の股関節を介した骨盤と腰椎の結果を電磁ゴニオメータと比較検討し、動きの連動性として、股関節に対する骨方法論を確立することを本研究の第一盤と腰椎の相対的な角度変化である Lumの目的とする。
boPelvic Rhythm（以下 LPR）が近年注目されている[3]。しかし、これまで LPR

方法について三次元動作解析などの科学的1.
手法を用いた報告はなく、健常者の歩行新規マーカー法の信頼性と再現性の検討時、あるいは脊椎に負担が大きい体幹後対象
健常男性 7 名（30.3±4.9 歳、170.8±5.

屈などの運動時での LPR 変化、運動器疾患における LPR 変化も全く調べられてい

9cm、64.4±6.6kg、BMI 22.1±1.4 kg/m
ない。さらに、三次元動作解析法による/m）を対象とした。除外基準は腰痛、手腰椎前弯角の計測方法は多々報告され術歴、脊椎変形のあるものとした。本研ているが、X 線と比較した妥当性につい究は東京大学大学院医学系研究科・医学て言及されていない[4]。三次元動作解部倫理委員会で承認された後（審査番析法を用いる利点は、被ばくを避けて骨号：3614）、口頭と紙面にて測定の趣旨
格の動きをリアルタイムで計測できるを説明し、研究参加の同意を得て実施しことであるが、方法論の妥当性を示すた
た。
めには X 線撮影結果との整合性を述べる必要がある。また、これまでの脊椎棘突10計測機器
計測は三次元動作解析装置 VICONMX カ

タは 1000Hz とし、両器を同期して計測

メラ 7 台（VICON Motion Systems 社）と1000Hz を 100Hz へダウンサンプリング

2 軸型電磁ゴニオメータ SG150 型（Biomした（MatLab プログラム; decimate）。

etrics Ltd）および捻り型電磁ゴニオメ

三次元マーカーに対して遮断周波数 6Hzータ Q150 型（Biometrics Ltd）を用いで 4 次のバターワース型デジタルフィルた。

タをかけ、Vicon Body Builder ver. 3.

した。解析は、電磁ゴニオメータデータ

電磁ゴニオメータは T12 から L2 棘突起6.1 ソフトを用いて腰上部（Th12, L2 お上と仙骨上に両面テープで貼り付け[1

よび L1 レベルの左右起立筋上）と骨盤(r3]、三次元動作解析用マーカーは電磁ゴPSIS, lPSIS, Sacrum)で構成される各ニオメータの両端（T12, L2, S1 と S3セグメントの相対的な角度を腰椎前弯レベル）、L1 レベルの左右起立筋上と左角として算出した。

右 PSIS[12]に付けた（図 1）。腰椎ラン計測空間内座標系は右手系ルールに従ドマークの同定は触診に熟練した理学

い、正の値は、右方向を x、進行方向前療法士によって、C7 から棘突起を順に下を y、垂直方向上を z とした。骨盤の身位へ触身して同定し、さらに左右 PSIS体座標系は、S3 から左右 PSIS 中間点への真中から上位へ超音波 SonoSite TITAと垂直方向上へ結ぶ直線を z 軸正の値とNR series（SonoSite, Inc., USA）を用し、PSIS を左から右方向へ結ぶ直線を仮いて棘突起の位置を再確認した。の x 軸正の値とし、z 軸と x 軸で構成さ計測と解析
計測動作は立位で屈曲、伸展、右またれる面に対して垂直方向前へ延びる直は左方向への側屈と回旋とし、各動作の部の身体座標系は、Crosbie ら[6]と Kak

順は MatLab（MathWorks, USA）を用いてushima ら[5]の方法を応用した。L2 からランダム化を行い（MatLab プログラム;

T12 へと垂直方向上へ結ぶ直線を z 軸正Randperm）、合計 18（6 動作×3 試行）試の値とし、L1 のレベルの脊柱起立筋上で線を y 軸正の値とした[3]。胸腰椎移行行とした。

左から右方向へ結ぶ直線を仮の x 軸正の1 つの動作は静止立位で中間位、動く、 値とし、z 軸と x 軸で構成される面に対最大まで動いた（最大可動）姿勢の保持、 して垂直方向前へ延びる直線を y 軸正の中間位（元の姿勢）へ戻す、静止立位保値とした（図 1）。角度の定義は骨盤に対持を各 5 秒で行うように、メトロノーム

して胸腰椎移行部が（x 軸）伸展、（y 軸）（METRONOME ME-110, YAMAHA CORPORAT

右側屈、（z 軸）左回旋する動きを正の値

ION. JAPAN）を用いた。計測は同日内にとし、この逆を負とした。

2 回（test 1 と 2）と 7 日以上空けて（t各動作の静止立位（最初の 3/5 秒）をest 3）再度行った。同日内の再計測で基準に、動作時の腰部 Range of Motion

は、棘突起上の装置や印を外して 5 分間(ROM)を算出した。最大 ROM は、日内お空けて実施した。

よび日間のデータを全て平均（3 試行×3

三次元データは 100Hz、電磁ゴニオメーtests）して算出した。側屈と回旋動作

11

の左右は、対側をプラス表示に変換した

ar hip ratio として腰部角度に対する（14=7 人＊2 方向）。静止立位中間位か股関節角度の割合を算出した。また、体ら最大可動姿勢まで（Forward 相）およ後屈時の股関節と腰部の角度の関係に、

び最大可動姿勢から静止立位中間位（Ba線形予測を用いた。股関節角度を基にしckward 相）までの各相で腰部 ROM を 1て、体後屈を Backward 相と Forward 相

秒毎に平均し、最大可動姿勢保持の腰部の 2 相へ分けた。Backward 相を股関節伸ROM は 3/5 秒間を平均して最大値とし、展角度が 1°を超えた時点から最大にな統計解析を行った。

るまでの時点とし、Forward 相を股関節伸展角度が最大の時点から 1°以下にな
統計解析
統計解析は、IBM SPSS Statistics ver. るまでの時点と定義した。
19.0 computer software program (In3.

ration., N.Y.)を用い、日内、日間の計

体後屈時の LumboPelvic Rhythm の検討
同様の方法を用い、健常男性 8 人（年測結果に対する信頼性は級内相関係数

齢 33.3 ± 5.4 歳、身長 173.1 ± 6.0（intraclass correlation coefficien

cm、体重 67.7 ± 7.8 kg、BMI 22.6 ±t、以下、ICC（1,3））[7]と standard e

1.9 kg/m2）を対象に、三次元動作解析

rror of measurements (SEM) [8]を算装置で立位体側屈を計測した。上記で用出した。日内、日間の波形パターンの再いた新規マーカ法と既存の Plug?in gai

現性には自由度調整済み重相関係数をt マーカセットを用い、腰部と股関節の用いた[22]。三次元動作解析装置と電磁角度を算出した。LPR の検討では、Lumbゴニオメータの両器の一致は、各動作毎

ar hip ratio として腰部角度に対するの LROM 最大値から Bland-Altman Plot股関節角度の割合を算出した。また、体[9]を用いた。危険率 5％未満をもって有後屈時の股関節と腰部の角度の関係に、意とした。ICC および CMC は 0.4 以下を線形予測を用いた。股関節角度を基にしpoor、0.4 から 0.75 を fair-to-good、0.て、体側屈を Descend 相と Ascend 相の 275 以上を excellent レベルとして判定相へ分けた。Descend 相を股関節の傾斜した[7,10,11]。

角度が 1°を超えた時点から最大になるternational Business Machines Corpoまでの時点とし、Ascend 相を股関節の傾2.

体後屈時の LumboPelvic Rhythm の検討
同様の方法を用い、健常男性 8 人（年

斜角度が最大の時点から 1°以下になるまでの時点と定義した。

齢 33.3 ± 5.4 歳、身長 173.1 ± 6.0

結果と考察
結果と考察
cm、体重 67.7 ± 7.8 kg、BMI 22.6 ±1.
1.9 kg/m2）を対象に、三次元動作解析

新規マーカー法の信頼性と再現性の検討装置で立位体後屈を計測した。上記で用LROM と CMC
三次元動作解析装置および電磁ゴニオ

いた新規マーカ法と既存の Plug?in gai
t マーカセットを用い、腰部と股関節のメータによる最大腰部 ROM はそれぞれ、角度を算出した。LPR の検討では、Lumb12屈曲動作で 41.9±6.6゜と 51.6±4.6゜、 で誤差が小さかった。
伸展動作で 17.4±10.3゜と 24.2±18.

Bland Altoman Plot より、最大 LROM5゜、側屈動作で 16.3±3.5゜と 16.3±6.

は屈曲以外のすべての動作で両器の計2゜、そして回旋動作で 8.4±3.9゜と 2.

測結果に差がないことを示し、両器の計3±5.8゜であった。両器ともに全ての動測値は近似する結果となった。屈曲動作作における LROM の CMC は、日内・日間

では Bland Altoman Plot より両器の差ともに 0.9 以上で、日内・日間の波形パの平均±1.96 SD が 0 を含まず、三次元ターンの再現性は excellent であった。 動作解析装置で 42°、電磁ゴニオメータBlandBland-Altman Plot
屈曲以外のすべての動作で、Bland Altで 52°となり、10°異なる結果となった。

man Plot は両器の差の平均値±1.96 SD

常男性 11 名の屈曲を計測した結果、51°内に納まり、両器の差の平均値±1.96 Sと報告し[12]、電磁ゴニオメータで近い

D は 0 を含んでいた。屈曲動作における結果となった。本研究では、三次元動作

Bland Altman Plot は両器の差の平均値解析マーカーを脊柱起立筋上や骨盤の P±1.96 SD 内に納まっていたが、この範SIS に付けていることより、屈曲動作時囲は 0.16 から 19.25 でありわずかに 0の筋収縮による起立筋上マーカーの位から離れ、両器の計測結果に違いがみら置変化を反映し、電磁ゴニオメータや他れる傾向にあった。の報告より小さい結果になったと考え

Pearcy と Portek (1985)は X 線を用い健た。
ICC と SEM
三次元動作解析装置および電磁ゴニオ

伸展動作では、三次元動作解析装置を用いた結果が Pearcy ら[12]や Dopf ら[1メータによる最大腰部 ROM の ICC の中央3]の報告と類似する値となり、他の計測値はそれぞれ、屈曲動作で 0.75（excel方法と互換性があるといえる。伸展動作lent）と 0.80（excellent）、伸展動作ででは、マーカーがカメラから隠れやすい0.80（excellent）と 0.63（fair-to-go
ことや伸展位を努力性に立位で保持すod）、側屈動作で 0.60（fair-to-good）
ることが難しく、三次元動作解析装置でと 0.44（fair-to-good）、そして回旋動計測した結果の誤差が側屈や回旋動作作で 0.68（fair-to-good）と 0.71（faiと比べて大きくなったが、電磁ゴニオメ
r-to-good）であった。伸展と側屈動作ータより誤差が小さいことから、三次元で三次元動作解析装置の方が電磁ゴニ動作解析装置による本研究で用いたマオメータより高い信頼性であった。
ーカー貼付方法の方が腰椎計測に優れ三次元動作解析装置と電磁ゴニオメーていると考えた。
タの誤差指標である SEM はそれぞれ、屈側屈動作では、他の報告と一致する結曲動作で 7.39 と 7.94 以下、伸展動作で果にはならなかったが、両器の結果が近6.75 と 11.82 以下、側屈動作で 2.25 と似し、両器の間で互換性が高いと考えた。
4.74 以下、そして回旋動作で 2.05 と 3.
回旋動作では、三次元動作解析装置を29 以下であり、三次元動作解析装置の方用いた結果が Dopf ら[13]や White [14]が電磁ゴニオメータよりすべての動作13の報告と類似する値となり、他の計測方ICC は excellent を超えず、再現性が非法と互換性があるといえる。回旋動作で常に高いという結果にはならなかった

は三次元動作解析装置を用いた LROM のが、三次元動作解析装置の ICC では exc方が電磁ゴニオメータより 6°大きく、ellent に近い結果を得た。ICC は動作中標準偏差は三次元動作解析装置で小さに変動し、リズムに合わせて身体を動かい結果となった。回旋動作は皮下組織のす難しさもあいまって、被験者内の動作アーチファクトの影響が大きく[15]、横の再現性に影響していると考えられる。

断面は矢状面や冠状面と比べ誤差が大

そして、両器ともに波形パターンの再現きい[16]。そのため、回旋動作の計測は性である CMC は 0.9 以上で excellent を他の動作より計測が難しく、棘突起上に示し、動作全体を通した再現性は非常に付けた電磁ゴニオメータの波形は安定高かった。また、SEM では電磁ゴニオメしなかったと考えた。そのため、脊柱起ータより三次元動作解析装置で小さく、立筋上に貼付したマーカーを計測する

計測誤差は三次元動作解析装置の方がことで、不安定な計測値を解消して、本小さいことから、本研究で用いたマーカ研究で用いたマーカー貼付方法では標ー貼付方法の再現性は高く十分な信頼準偏差および誤差を小さくすることが性があるといえる。

できたと考えられる。
ICC（1,3）の中央値は、両器の屈曲動

本研究の限界本研究で用いた三次元動作解析のセグ

作と三次元動作解析装置の伸展動作で e

メント設定は、起立筋や皮膚を介した計

xcellent、他は fair-to-good であった。

測であり、計測値の妥当性を得るには X

ICC は三次元動作解析装置の方が電磁ゴ線撮影と同時に計測する必要がある。今ニオメータより伸展と側屈動作で高く、 後は X 線撮影との同期計測を行い、腰椎屈曲動作では excellent を示していたこ の動きとの一致度合いを検討する必要とより、本研究の三次元動作解析装置のがある。しかし、伸展や回旋動作では X再現性の結果は電磁ゴニオメータと同線を用いた報告と一致し、側屈動作では等かそれ以上であり、三次元動作解析装2 器の結果がほとんど同じであった。よ置による本研究で用いたマーカー貼付って本研究で用いた三次元動作解析に法の方が信頼性は高いといえる。

よるマーカー貼付方法は他の計測方法

腰椎 ROM の ICC に関する報告では、Xと互換性があると推察される。

線画像を再計測する方法や、電磁トラッ

また、信頼性と再現性では触身によるクで再計測する方法では、ICC は excell

マーカー貼付位置の誤差および被検者ent である[17]。また、触診の再現性で内の繰り返し動作が影響していた。三次は、頸椎や胸椎より腰椎で難しい[18]。 元動作解析法では電磁ゴニオメータよ本研究では腰椎を触診して計測してい り貼付するマーカーが多く、マーカー貼るが、超音波で再確認を行っているため、 付位置の誤差の影響が多いにもかかわ
骨ランドマーク同定の再現性は高いとらず、計測誤差は三次元動作解析で小さいえる。側屈や回旋動作では両器ともにいことより、本研究で用いたマーカー貼14られる。

付方法の方が電磁ゴニオメータより脊椎 ROM 計測に優れているといえる。

結論
臨床的意義
三次元動作解析装置を用いることで、三次元動作解析装置と電磁ゴニオメータを用い、動作時の腰椎（部）ROM を同十分な再現性をもって脊椎動作を三次時計測した結果、伸展、側屈、回旋で両元で計測することが可能であり、縦断的器は近似する結果となった。腰椎（部）計測に応用できる。また、腰痛患者や側ROM の計測では、本研究で用いた三次元弯症患者に対して ADL 動作時の脊椎の動動作解析マーカー貼付方法の再現性はきを計測し、健常者と比較することで疼いずれの動作で電磁ゴニオメータと同痛動作や異常動作の定義付けへと臨床等かそれ以上に高く、また三次元動作解応用できると考えられる。
析装置の計測誤差は電磁ゴニオメータ
2.

体後屈時の LumboPelvic rhythm の検討
立位体後屈の LPR では、股関節が 1°伸より低く、計測値の信頼性および再現性は十分あることが示された。よって、本研究で用いる三次元動作解析マーカー

展する時に腰部が 1.9°伸展することを貼付方法は脊椎の縦断的計測として有示した。LHR では、Backward 相で 1.2 か用であるといえる。
ら 1.9 へ増大し（平均 1.6）
、Forward 相
また、LPR の検討では、体後屈で股関節では 1.9 から 0.5 へ減少した（平均 1.5）。
が 1°伸展する時に腰部が 1.9°伸展し、この LHR の変化は、バランスを維持した
体側屈で股関節が 1°傾斜する時に腰部状態での体後屈と体後屈位から静止立が 2.4°側屈することを示した。これら
位中間位へ戻る時の姿勢制御ストラテの方法を用いることで、変形性股関節症ジーであると考えた。これらの測定方法
は、腰椎疾患や股関節疾患の病態評価、 や脊柱側弯症患者、ロコモティブシンド
また立位姿勢制御の評価として臨床応 ロームを有する者の運動器や姿勢制御を評価することができると考えられる。
用できることが示唆された。
これらの研究成果は、日本臨床バイオ
3.

体後屈時の LumboPelvic rhythm の検討
立位体側屈では、LHR は Descend 相で 5.

メカニクス学会（2012 年、2013 年）、第25 回日本運動器科学会、Orthopaedic R
esearch Society 2013 Annual Meeting、

9 から 3.6 へ（平均 4.5）有意に低下し、
ISPRM 2013 (7th World Congress of t
Ascend 相では LHR は 3.6 から 5.6 へ（平he International Society of Physica
均 4.2）有意に増加した。この動作スト
l and Rehabilitation Medicine)、Inte
ラテジーは Central nerve system によrnational Society of Biomechanics 2
る左右股関節と腰部のコントロールに
013 で発表し、Spine に掲載された。
よる立位バランスの維持であると考え15

図 1.三次元動作解析マーカーと電磁ゴニオメータ貼付位置
1.三次元動作解析マーカーと電磁ゴニオメータ貼付位置（A）および身体座標系（B）。p は pelvic（骨盤）、t は thoracolumbar spine（胸腰椎）のセグメントを表す。

成果
本研究の一部は、2013 年 Spine 誌に掲載された
Tojima M, Ogata N, Yozu A, Sumitan

3.

i M, Haga N. A Novel Three-Dimensio
nal Motion Analysis Method for Meas
uring the Lumbar Spine Range of Mot
ion: Repeatability and Reliability
Compared With an Electrogoniometer.
4.
Spine. 38(21):1327-33, 2013.

謝辞
本研究は、平成 23 年度公益財団法人日本股関節研究振興財団の研究助成によるもので、同財団に深謝申し上げます。
5.

引用文献
1.

2.

Offierski CM, Macnab I. Hip Spi
ne syndrome. Spine 1983; 8(3):316-21.
Ben-Galim P, Ben-Galim T, Rand
N, Haim A, Hipp J, Dekel S, Floman Y. Hip-spine syndrome - The

6.

16

effect of total hip replacement surgery on low back pain in s
evere osteoarthritis of the hip.
Spine 2007; 32(19):2099-102.
Wong TKT, Lee RYW. Effects of low back pain on the relationshi
p between the movements of thelumbar spine and hip. Human Movement Science 2004; 23(1):21-3
4.
McClure PW, Esola M, Schreier R,Siegler S. Kinematic analysis
of lumbar and hip motion whilerising from a forward, flexed position in patients with and wi
thout a history of low back pai
n. Spine 1997; 22(5):552-8.
Kakushima M, Miyamoto K, Shimizu K. The effect of leg length discrepancy on spinal motion dur
ing gait - Three-dimensional analysis in healthy volunteers. Spine 2003; 28(21):2472-6.
Crosbie J, Vachalathiti R, Smith R. Patterns of spinal motion

during walking. Gait Posture 1997; 5(1):6-12.
7. Shrout PE, Fleiss JL. Intraclass correlations - Uses in assess
ing rater reliability. PsycholBull 1979; 86(2):420-8.
8. Weir JP. Quantifying test-retes
t reliability using the intracl
ass correlation coefficient andthe SEM. Journal of Strength and Conditioning Research 2005;
19(1):231-40.
9. Kadaba MP, Ramakrishnan HK, Wootten ME, Gainey J, Gorton G, Co
chran GVB. Repeatability of kin
ematic, kinetic, and electromyographic data in normal adult gait. J Orthop Res 1989; 7(6):849-60.
10. Holmback AM, Porter MM, Downham
D, Lexell J. Reliability of isokinetic ankle dorsiflexor stre
ngth measurements in healthy yo
ung men and women. Scand J Rehabil Med 1999; 31(4):229-39.
11. Atkinson G, Nevill AM. Statisti
cal methods for assessing measu
rement error (reliability) in v
ariables relevant to sports medicine. Sports Med 1998; 26(4):2
17-38.
12. Pearcy M, Portek I, Shepherd J.
The effect of low-back-pain on
lumbar spinal movements measur
ed by ⅲ-dimensional X-ray-analysis. Spine 1985; 10(2):150-3.
13. Dopf CA, Mandel SS, Geiger DF,Mayer PJ. Analysis of spine mot
ion variability using a computerized goniometer compared to physical-examination - A prospect
ive clinical-study. Spine 1994;
19(5):586-95.
14. White AA, 3rd, Panjabi MM. The
basic kinematics of the human spine. A review of past and current knowledge. Spine (Phila Pa1976) 1978; 3(1):12-20.
15. Heneghan NR, Balanos GM. Soft t
issue artefact in the thoracic
spine during axial rotation andarm elevation using ultrasoundimaging: A descriptive study.
Manual Therapy 2010; 15(6):599602.
16. Gao B, Zheng N. Investigation of soft tissue movement during level walking: Translations androtations of skin markers. J Bi
omech 2008; 41(15):3189-95.
17. Barrett CJ, Singer KP, Day R. A
ssessment of combined movementsof the lumbar spine in asympto
matic and low back pain subjects using a three-dimensional ele
ctromagnetic tracking system. M
anual Therapy 1999; 4(2):94-9.
18. Billis EV, Foster NE, Wright CC.
Reproducibility and repeatabil
ity: errors of three groups ofphysiotherapists in locating sp
inal levels by palpation. Manual Therapy 2003; 8(4):223-32

17