報告

超音波画像診断装置と三次元動作解析装置を用いた距離ならびに角度計測の信頼性に関する予備研究
三谷保弘1＊，幸田仁志1，植田篤史1，松尾高行2，木村佳記3，山田大智4，小柳磨毅31

関西福祉科学大学 保健医療学部 リハビリテーション学科
大阪行岡医療大学 医療学部 理学療法学科
3
大阪電気通信大学 医療健康科学部 理学療法学科
4
大阪大学医学部附属病院 リハビリテーション部
2

要旨【緒言】身体のランドマーク間の距離や角度を体表から計測することは，理学療法評価として重要である．しかし，身体部位によっては体表からの計測が困難であり，客観的な計測値が得られないことがある．そこで我々は，超音波画像診断装置と三次元動作解析装置を用いた距離と角度の計測法を考案した．本研究では生体での計測に先駆け，ランドマークである鉄球を配置したアクリル板を用いて，考案した計測法の信頼性について検討した．
【方法】計測対象のアクリル板上には，直径 2mm の鉄球 7 つを設置した．
超音波画像診断装置にて全ての鉄球を描出し，同時に超音波プローブに貼付した 3 つの反射マーカの空間座標を三次元動作解析装置にて求めた．得られた超音波画像と反射マーカの空間座標を基に鉄球の空間座標を算出
し，2 点間の距離と 3 点からなる角度を求めた．2 名の検者が 7 回計測を行い，各検者の計測値の信頼性を記述統計にて検討した．
【結果】2 名の検者ともに設定した距離ならびに角度に近似した計測値が得られ，計測値のばらつきも小さかった．
【結論】本研究における計測環境において，考案した超音波画像診断装置と三次元動作解析装置を用いた距離ならびに角度の計測法は，信頼性が高いことが示唆された．今後は本計測法の臨床応用について検討する必要がある．

はじめに
マルアライメントは身体各部の物理的ストレスを増大させ，筋骨格系障害を発生させる要因である1-2）．その一例として，身体重心の後方偏位は大腿四頭筋の収縮を増 大 さ せ，脛 骨 粗 面 の 牽 引 力 を 増 大 し，OsgoodSchlatter 病を発生させるとされている3-4）．また，膝の外反や外旋は脛骨粗面の内側に付着する縫工筋や半腱様筋，薄筋を伸張させ，鵞足炎を引き起こすとされている5）．理学療法におけるこれらのアライメント評価は，体表から行うことが一般的であり，骨の隆起部をランド

受付日 2024 年 2 月 14 日
採択日 2024 年 3 月 24 日
＊

責任著者
三谷保弘
関西福祉科学大学 保健医療学
部 リハビリテーション学科
E-mail:mitani@tamateyama.ac.jp
キーワード
超音波画像診断装置
三次元動作解析装置
信頼性

マークとして距離や角度を計測することがある．しかし，身体部位によっては体表からのアライメント評価が困難であり，X 線像などの画像が用いられることもある．その一例として，立位矢状面での X 線像を基に第1 腰椎上縁と第 1 仙椎上縁のなす角を計測する腰椎前弯角がある6）．しかし，X 線撮影は頻繁に行うことができず，撮影肢位も限られる．また，X 線撮影は理学療法士には認められておらず，理学療法におけるアライメント評価としては適していない．近年，野球選手に対する肘障害の評価として超音波画像による肘関節内側間隙の保健医療学雑誌 15 巻 2 号, pp●-● 2024 年 69

幅7-8）などが計測されているが，超音波画像は描出範囲が狭いことから画角に収まる部位での計測に限られる．
そこで我々は，超音波画像診断装置と三次元動作解析装置を併用することで，ランドマーク間の距離と角度を計測する方法を考案した．これにより，複数の超音波画像を基に骨の隆起間の距離や角度の計測が可能と考えられる．本研究では，生体での計測に先駆け，ランドマークである鉄球を配置したアクリル板を計測対象とし，考案した計測法の信頼性について検討した．

ローブをスタンドに固定した．リニアプローブに貼付した反射マーカは，3 つのカメラ（120Hz，解像度 640×480pixel）を搭載した三次元動作解析装置（OptiTrack V
120 TRIO, Acuity 社）に て 撮 影 し，動 作 解 析 ソ フ ト（VENUS 3D R Light，ノビテック社）を用いてそれぞれの反射マーカの空間座標を求めた．なお，鉄球の超音波画像は，3 つの反射マーカ（P1〜3）の空間座標を通る平面上に描出される．反射マーカの P1 と P2 の空間座標を結ぶ線を平面の横軸とし，その横軸に対する P3 の空間座標を通る垂線を平面の縦軸と定義した（図 4）．
対象と方法
鉄 球 の 超 音 波 画 像 は，画 像 解 析 ソ フ ト（Image-J,NIH）に取り込み，パソコンの画面上に表示した．な
1．ランドマークの配置
お，超音波画像の上端はリニアプローブの音響レンズの計測対象のアクリル板上には，ランドマークとして直面と一致する．表示された超音波画像の左端，つまり音径 2mm の鉄球 7 つ（A〜G）を一定の距離と角度にて響レンズの左端から鉄球までの距離（x）と，超音波画設置した（図 1）．なお，アクリル板は方眼目盛りと角像の上端，つまり音響レンズの面から鉄球までの距離度線が書かれたボード上に置き，A-B，A-D，A-F の間．反射マーカの P1
隔は 50mm, A-C，A-E，A-G の間隔は 100mm，∠BAD， （y）を Image-J により求めた（図 5）から音響レンズの面までの距離（a）と，P1 から音響レ∠CAE は 30°，∠BAF，∠CAG は 60°とした．
ンズの左端までの距離（b）は予め直尺を用いて計測しており，3 つの反射マーカの空間座標と，Image-J によ2．ランドマークの空間座標の推定方法
り求めた x と y の値を基に鉄球の空間座標を算出した
図 2 の計測環境において，ランドマークであるそれぞ．これらの方法を用いて全ての鉄球の空間座標をれの鉄球の空間座標を求めた．鉄球の上には厚さ 5mm （図 6）のエコーゲルパッド（八十島プロシード社）を置いた． 算出した．
超音波画像診断装置（ポケットエコー miruco，日本シ3．ランドマーク間の距離と角度の算出グマックス社）と直径 9.5mm の反射マーカを 3 つ貼付
それぞれの鉄球の空間座標を基に，三次元空間におけしたリニアプローブ（10MHz）を用いて，B モードにる二点間の距離の公式を用いて A-B 間の距離（設定 50て鉄球の超音波画像を描出した（図 3）．得られた超音mm）と A-C 間の距離（設定 100mm）を求めた．また，
波画像はコンピューターに保存した．計測時はリニアプ

図 1．ランドマークである鉄球を配置したアクリル板アクリル板上に 7 つの鉄球を一定の距離と角度にて設置した．

保健医療学雑誌 15 巻 2 号, pp●-● 2024 年 70

図 2．計測環境

図 3．鉄球の超音波画像

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図 4．超音波画像の描出イメージ
3 つの反射マーカ（P1〜3）の空間座標を通る平面上に鉄球の超音波画像が描出される．

図 5．音響レンズから鉄球までの距離の計測
画像解析ソフト（Image-J）を用いて，超音波画像の左端（音響レンズの左端）から鉄球までの距離（x）と超音波画像の上端（音響レンズの面）から鉄球までの距離（y）を求めた．

空 間 ベ ク ト ル の 内 積 か ら cosθを 算 出 す る こ と で，∠BAD（設 定 30°），∠CAE（設 定 30°），∠BAF（設 定60°），∠CAG（設定 60°）を求めた．
4．統計解析
それぞれの設定条件に対して 2 名の 検 者（検 者Ⅰ，Ⅱ）が 7 回計測を行った．なお，検者Ⅰは 27 年目，検者Ⅱは 11 年目の理学療法士である．平均値，標準偏差，変動係数（coefficient of variation: CV）を求め，各 検 者の計測値の正確性とばらつきについて検討した．
5．倫理的配慮
本研究は，「人を対象とする生命科学・医学研究に関する倫理指針」の対象外であり，人体への負荷や個人情報，人体から採取された試料等を扱うものでなく，倫理審査の対象外である．

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図 6．鉄球の空間座標の算出
反射マーカから音響レンズまでの距離（a, b）はあらかじめ直尺を用いて計測した．3 つの反射マーカ（P1〜3）の空間座標と Image-J により求めた x と y の値から鉄球の空間座標を求めた．

結果
結果は，平均値±標準偏差（CV）で示す．A-B 間の距離（設定 50mm）の計測値は，検者Ⅰが 49.8±0.7mm（CV: 0.014），検 者Ⅱが 49.4±1.2mm（CV: 0.024）で あった．A-C 間の距離（設定 100mm）の計測値は，検者Ⅰが 98.9±0.5mm（CV: 0.005），検 者Ⅱが 99.6±1.1mm（CV: 0.011）であった（表 1）．
∠BAD（設定 30°）の計測値は，検者Ⅰが 30.5±0.6°（CV: 0.018），検 者Ⅱが 30.7±0.4°（CV: 0.012），∠CAE（設 定 30°）の 計 測 値 は，検 者Ⅰが 30.2±0.3°（CV:0.011），検者Ⅱが 29.9±0.3°（CV: 0.012），∠BAF（設定60°）の計測値は，検者Ⅰが 60.8±1.2°（CV: 0.020），検者Ⅱが 60.4±1.3°（CV: 0.022），∠CAG（設 定 60°）の計 測 値 は，検 者Ⅰが 60.4±0.5°（CV: 0.008），検 者Ⅱが60.4±0.8°（CV: 0.014）であった（表 2）．

表 1．距離の計測

表 2．角度の計測保健医療学雑誌 15 巻 2 号, pp●-● 2024 年 73

考察

文献

考案した超音波画像診断装置と三次元動作解析装置を用いた距離ならびに角度の計測法は，2 名の検者ともに設定した値に近似した計測値が得られ，計測値のばらつきも小さかった．本研究では，超音波画像診断装置にて鉄球を描出する際にエコーゲルパッドを用いたが，その厚みが 5mm と薄かったことから鉄球が明瞭に描出されたと考えられる．また，計測対象のアクリル板は机上に設置し，反射マーカを貼付したリニアプローブはスタンドに固定したことから，超音波画像を描出中の反射マーカの空間座標が正確に計測できたと考えられる．さらには，本研究の計測環境ではリニアプローブに貼付した反射マーカが隠れることなく撮影できた．これらのことか
ら，本計測法により鉄球間の距離と角度が正確に計測できたと考えられる．したがって，生体にて計測を行う場
合も，対象部位が超音波画像診断装置にて明瞭に描出でき，リニアプローブに貼付した反射マーカが隠れることなく三次元動作解析装置によって撮影できる環境が必要である．また，計測対象とリニアプローブを固定する必要がある．したがって，生体での計測を行う場合は，このような条件を十分に考慮しなければならない．
本計測法の臨床応用として，膝蓋骨後傾角や膝蓋骨の高さの計測に用いることができると考えられる．膝蓋骨の後傾は膝蓋腱症の発生と関係するとされており，矢状面での MRI 画像を用いて膝蓋骨上極と下極を結ぶ線と膝蓋骨の下極と脛骨粗面を結ぶ線のなす角が計測されている9）．また，膝蓋骨高位は Osgood-Schlatter 病の発症に関係するとされており10），矢状面での X 線像において膝蓋骨上極と下極間の距離と膝蓋骨下極と脛骨粗面間
11）の距離の比（Insall-Salvati 法）が計測されている．膝蓋骨上極と下極，脛骨粗面は浅層に位置し，骨の突起や隆起として分かりやすいことから，超音波画像診断装置にて明瞭に描出できると考えられる．また，計測中にリニアプローブに貼付した反射マーカが隠れる可能性も低い．このため，対象部位とリニアプローブの固定方法を考慮すれば本計測法においても膝蓋骨後傾角や膝蓋骨の高さを計測できる可能性がある．今後は，本計測法の生体での適応部位と計測の信頼性について検討する必要がある．

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2018５）高橋佐江子：膝のランニング障害へのリハビリテー
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６）Polly DW Jr, Kilkelly FX, McHale KA, et al.: Measurement of lumbar lordosis. Evaluation of intraobserver, interobserver, and technique variability. Spine
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ligament of the elbow in asymptomatic major league
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利益相反
開示すべき利益相反はない．
謝辞
本研究は，日本学術振興会科研費（基盤 C，課題番号21K11487）の助成を受けたものである．

保健医療学雑誌 15 巻 2 号, pp●-● 2024 年 74

ReportAssessment of the reliability of distance andangle measurements using an ultrasound imaging system
and a three-dimensional motion analyzer: a pilot study
Yasuhiro Mitani1*, Hitoshi Koda1, Atsushi Ueda1, Takayuki Matsuo2, Yoshinori Kimura3, Daichi Yamada4,Maki Koyanagi3
1

Department of Rehabilitation Sciences, Faculty of Allied Health Sciences, Kansai University of Welfare Sciences
Department of Physical Therapy, Faculty of Health Science, Osaka Yukioka College of Health Science3
Department of Physical Therapy, Faculty of Medical Science and Health‐Promotion, Osaka Electro‐Communication University
4
Department of Rehabilitation, Osaka University Hospital2

ABSTRACT【Introduction】Measuring distances between body landmarks, joint angles, and postural alignments from the body surface
is crucial in physical therapy assessment. However, certain body parts pose challenges for such measurement, making it
difficult to obtain objective values. To address this, we developed a method using an ultrasound imaging system and athree‐dimensional motion analyzer to measure distances and angles. In this study, we assessed the reliability of our meas‐
urement method in a model prior to measurements on humans.
【Methods】The measurement object consisted of iron balls of 2‐mm diameter, affixed to an acrylic plate. An ultrasoundimaging system was employed to capture images of all iron balls. Simultaneously, a three‐dimensional motion analyzer re‐corded the spatial coordinates of three markers attached to the ultrasound probe. The spatial coordinates of iron balls
were determined based on the ultrasound images and the spatial coordinates of the markers. Subsequently, the distance
between the two iron balls and the angle formed by the three iron balls were calculated. Two examiners conducted sevenmeasurements each, and the reliability of each examiner’s measurement was assessed using descriptive statistics.
【Results】The distance and angle values measured by both examiners closely matched the set values, with minimal vari‐ation in the measurement.
【Conclusion】In the study’s measurement environment, the proposed method for measuring distances and angles using an
ultrasound imaging system and a three‐dimensional motion analyzer was found to be reliable. Future research should ex‐
plore the reliability and clinical application of this measurement approach in humans.
Key words: ultrasound imaging system, three‐dimensional motion analyzer, reliability

保健医療学雑誌 15 巻 2 号, pp●-● 2024 年 75