LIFE2013 2013年9月2日

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4日 山梨 (山梨大学)

静止立位姿勢動揺の無侵襲評価法開発

Development of an Unrestrained Method for Assessing of Static Standing Posture Sway
酒井英里（お茶の水女子大） 寺崎志織（お茶の水女子大） 太田裕治（お茶の水女子大） 大隅久（中央大）
Eri SAKAI, Ochanomizu University
Shiori TERASAKI, Ochanomizu University
Yuji OHTA, Ochanomizu University
Hisashi OSUMI, Chuo University

Abstruct: The prevention of elderly fall is an important issue all over the world, but the elucidation of the cause of a fall is stillinsufficient. Thus, the standing posture is measured as a major balance function to figure out why a fall happens. However, theconventional measurements devices cannot be easy to estimate the motion of main joints on the spot because they areexpensive, bulky and invasive. Thus, the new system measuring the posture sway is developed by using a 3D distance camera(ToF camera). This camera is small and can perform noninvasively. It is possible to measure three-dimensional posture swayand distortion of the trunk by using the ToF camera system. While various movement intervention for the prevention of a fallhas been performed in world, we are newly taking notice of Nordic walking also in it. It is expected that simple evaluation of
the Nordic walking can be performed by applying this system to measurement.
Key Words: Posture Sway, ToF Camera, Nordic Walking

1. はじめにとなりうる体幹の動きに着目した研究はないといって過言

1-1 転倒の現状ではない．

現在日本では，高齢者人口の増加に伴い，転倒が大きな社

1-2 ノルディック・ウォーキング

会問題となりつつある．東京消防庁は 2006 年から 2010 年にヨーロッパを中心にスポーツとして広まりつつあるノル管内で救急搬送された高齢者のうち 7～8 割は転倒が原因でディック・ウォーキングだが，現在，日本ではそれを医療にあったことを発表した[1]．また，高齢者の転倒の半数以上が取り入れ，リハビリに応用していこうという動きがある．ノ

つまずきや滑りといった外乱によって引き起こされ，骨折やルディック・ウォーキングはポールによる体重支持のため下そのまま寝たきりになるなどの重い症状につながる[2]．しか肢負担が軽減され，歩行障害がある場合にもある程度の速度し，転倒の原因についての解明はいまだ不十分であり，そのでの歩行運動が可能となる．しかし，ノルディック・ウォー

予防法については確立していないといって過言ではない．特クを用いたリハビリの効果を定量的に評価したものはまだに，高齢者の転倒メカニズムの解明とその知見に基づく転倒ない．

予防についての検討はほとんどみられない．したがって，身1-3 目的

体機能データを収集・解析し，転倒リスク指標の構築を行う

そこで本研究では，従来の高額巨大かつ測定環境が制限さ必要があるといえる．ところが，既存のフィールド研究ではれ，操作が複雑であるといった現場で使用しにくい身体機能

足圧中心（CFP）動揺，筋電図（EMG），角速度センサ等で評価装置ではなく，身体動揺量を簡便に計測するために 3 次の測定が主流であり，身体動揺（変位）そのものが計測され元距離カメラ（Time-of-Flight カメラ）を用いたシステム開発

る方法はほとんどない[3-6]．これは，臨床フィールド計測で用いることが可能な身体動揺測定システムが存在しないからを行い，3 次元動揺の臨床計測及びリハビリの定量的評価を行うことを目的とした．

である．そしてその測定の困難さから，バランス制御の中枢

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部中心（M1），頸部（M2），両肩峰中心（M3），背部（M4），3 次元距離カメラを用いた無侵襲評価法
本研究では 3 次元距離カメラを用いて静止立位時の体幹動腰部（M5）の各 3 x 3 pixel とした（Fig.3）．

揺量を計測する（Fig.1）．3 次元距離カメラとは，カメラから結果の一例を Fig.4 に示す．Fig.4 は M1～M5 の ToF カメラ

赤外線を照射し，物体に当たった反射光と投影光との位相差によるデータ（左軸）と足圧中心（Center of Pressure，以下から物体までの距離を算出する能力をもったカメラである．

CoP，右軸）とで構成される．若齢者は CoP と前後揺動量の算出された距離値は，輝度値に変換され，一般的な白黒画像波形が概ね一致しているのが見て取れるのに対し，高齢者でとともに距離画像として 2 画像が出力される（Fig.2）．その 2はズレが見られる．これは，若齢者がほぼ足関節戦略のみでつの画像から得られる情報を用い，現実空間での座標を算出姿勢を維持しているのに対し，高齢者は足関節戦略及び股関することで，静止立位時の身体動揺を 3 次元的に簡便に計測節戦略を用いて姿勢を維持していることを意味すると考えすることが可能である．本研究で用いた 3 次元距離カメラられる．この身体動揺及び CoP のデータを用い，どのような（TZG01, Baumer Co. Switzerland）はカメラからの距離 2～3割合で足関節と股関節を利用して姿勢制御しているかを，シm 付近において計測変位誤差は 0.7 mm 程度と高い精度が得ミュレーションすることが可能である．
また，ある被験者（女性，79 歳）の 90 秒間の記録を Fig.5られていることを確認した．に示す．前後に細かく揺れながら徐々に体が傾いていき，ある角度を超えるとフィードバックがかかって元に戻っているのが見て取れる．このフィードバックの原理についても今後研究していく予定である．
このような ToF カメラを用いることで，背部の変形を見ることも可能であり（Fig.6），このカメラを用いた計測の利点のひとつであると言える．

Fig.1 Schematic diagram of a body sway measurement

Fig.2 The picture outputted from a ToF camera(Left: Image of distance information, Light: Common monochrome picture)
Fig.3 Format of measurement regions
3. 3 次元距離カメラを用いた臨床計測
3-1 志木市におけるフィールド計測
埼玉県志木市における高齢者福祉サービスである『カフェ・ランチルーム志木四小』を利用されている方を対象にフィールド計測を行った．被験者である高齢者 36 名（73±6.6歳，うち女性 31 名，男性 5 名）
，若齢者 5 名（21±0.4 歳）の静止立位時の背面を，ToF カメラを用いて前後揺動量の計測を行い，また，同時に足圧中心計を用い計測を行った．サンプリングレートはそれぞれ 20 fps とし，距離測定領域は頭OS1-1-2-2

Fig.4 Posture sway and CoP displacement of young or elderly

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Fig.7 Posture sway of Pre-intervention and Post-intervention

Fig.5 Posture sway of one elderly (age:79, sex: female)Fig.8 Pressure distribution beneath the foot

4. まとめFig.6 3D image of the back (Left: Mesh, Right: Isolines)

本研究では，まず，3 次元身体動揺を簡便に計測するツー
3-2 富士温泉病院におけるフィールド計測（ノルディック・ルを開発することを目的としていた．ToF カメラを用いた 3ウォーキングによる介入あり）

次元計測は十分に利用可能であることが示唆された．背部変

富士温泉病院にて運動疾患患者 1 名（86 歳女性，両変形性形の計測も可能であり，今後も計測・リハビリ分野において膝関節症，胸腰椎側湾症，両股関節臼蓋形成不全性股関節症，の活用が期待される．今後，データの蓄積を行うとともに，骨粗鬆症）を対象に，短時間のノルディック・ウォークを実モデル化及びシミュレーションをすることで人間の姿勢維施し，その前後での運動機能を評価した．評価項目は，身長持の原理を追っていく予定である．

変化，静止立位動揺，足底圧分布などであった．
静止立位時の前後動揺量（ToF カメラによるデータ）を参考文献

Fig.7 に，足底圧分布を Fig.8 に示す．Fig.7，Fig8 において，[1] 東 京消防庁 ：救急搬 送４割 が高齢者 ．日本経 済新聞

左図は介入前，右図は介入後である．静止立位前後動揺に顕2011.11.5

著な違いは見られなかったが，足底圧分布において，介入の[2] 飯島賢一，関根正樹，田村俊世：漸増する水平外乱刺激

結果，左足つま先は介入前 26％（全体重の 26％が左つま先に対する姿勢応答．生体医工学 47(1):70－76,2009に加わる状態）であったものが，介入後には 15％低下したこ[3] 岡田修一：転ばぬ先の杖－転倒予防の科学．神戸大学発とがわかる．これはノルディック・ウォーキングによる前傾達科学部研究紀要,10(4):53－58, 2004

姿勢が改善され，その結果，圧力が減少したためと考えられ[4] 飯島賢一，柳田純一，関根正樹，田村俊世：角速度を用る．重心動揺軌跡にもそれは現れており，後方に移動していいた水平外乱刺激時の姿勢応答の計測．生体医工学シンポジることがわかる．

ウム, 2007.

この他の効果として，介入後には杖歩行時に右肩が落ちる[5] 長谷公隆：立位姿勢の制御．ハビリテーション医学 43:542

ことなく安定して歩行可能であったこと，約 4 cm（144.2 cm－553, 2006.

→148.0 cm）の身長増加が得られたこと，20 m 歩行速度が 19.0

[6] 岡田修一：加速度外乱に対する高齢者の立位姿勢保持能秒から 13.9 秒へと向上したことなどが見られた．

力．学文社,東京, 2010.

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