前年度（第11回）杉浦助成対象の成果報告（研究分野）

AIを用いた動作解析技術の確立と遠隔リハビリテーション医療の創出
宇佐美 琢也 ●名古屋市立大学病院 整形外科 臨床研究医
1.背景と目的
我が国では変形性股関節症や大腿骨近位部骨折は広く知られており、高齢化社会の到来により手術件数は増加している。日本の急性期病院における股関節疾患術後の在院日数は2～3週間であるが、この期間に歩容まで改善することは難しく、退院後リハビリテーションは近医へ依頼することも多い。2020年初頭からの新型コロナウイルス感染症の拡大を受けて、特に高齢者が外来
被検者の歩行は正面及び右側面に設置された2台のiPhone X、6台の赤外線式モーションキャプチャー、圧センサーマットで同時撮影した。
本報告では、右側面から撮影したデータのみを取り扱う

リハビリテーションを控える傾向があり問題となっている。これらの背景から、股関節疾患術後の歩行再建にも新たな遠隔評価や訓要旨
近年、遠隔医療、特に遠隔リハビリテーションの需要が増している。本研究では、スマートフォンの動画をAIを用いた動作推定技術で解析し、その精度を検証することを目的とした。

練法を導入することは有用である。
近年人工知能（AI）を用いた姿勢推定技術による、動作解析技術が登場し注目を集めている。名古屋市立大学と共同研究を行っているSportip 社（東京都）では、動画から被検者の歩行パラメーターを取得するプロ

右側面に設置した1台のスマートフォンにより撮影さグラムであるSportip Motion 3Dを確立しれた、3名の健常者の合計23回の直線歩行を対象として い る（Musha et al. ISBS Proceedings

た。これを、AIを用いた動作推定技術で解析し歩行パラ

Archive : Vol. 40 : Iss. 1, Article 122.）。こメーターを取得した。従来型の赤外線式モーションキャプの技術を用い、スマートフォン等のデバイスチャーとの比較によりその精度を検証した。結果、歩行速で歩行を撮影するだけで、簡便な動作解析

度、歩行周期、左右の歩幅、股関節および膝関節の最大が行えるようになれば、遠隔医療に応用可

屈曲・最小屈曲角度においてモーションキャプチャーと比能な「次世代のコンパクト歩行解析技術」と較して同等以上の精度を示した。

なると考え本研究を立案した。

また、歩行速度、歩行周期、左右の歩幅、股関節の最大屈曲・最小屈曲角度、膝関節の最大屈曲角度において高い相関を示した。側面から1台のスマートフォンを用いて撮影された動画の解析により十分な歩行パラメーターの取得が可能であり、遠隔リハビリテーションの評価に有用な手法であると考えられる。

本研究では健常被験者の歩行をApple 社
製 iPhone® で 撮 影し、その動画をAI で 解析する手法を確立し、遠く離れた患者の歩容を主治医が把握するための遠隔リハビリテーション医療の創出を目的とする。

2. 活動の方法
名古屋市立大学で3名の健常者（平均身Journal of Sugiura Foundation for Development of Community Care Vol.12 July2023

長165cm）を対象に合計23回の直線歩行をた。被検者の歩行の遠隔評価にも十分に使記録した。歩行は体の右側面に置かれた用可能であると考えられる。

iPhone X（Apple 社）を用いて動画撮影（4K,60Hz）し、同時に6台の赤外線式モーション

4. 今後の展望

キャプチャー MA-3000（アニマ社）と圧セン

本技術は、今まで難しかった歩行の定量

サーマットWalk-Way MV-1000（アニマ社）的評価を簡便にすることが期待される。まで撮影を行った。Sportip Motion 3Dを用た、遠隔地の患者のリハビリテーション評価

いて、側面から撮影した動画から胸骨、両に有用であると考えられる。現在、協業病

股関節、両膝関節、両足関節の3次元座標院であるいなべ総合病院（三重県）において、を解析し、これらの座標から歩行速度、歩大腿骨転子部骨折術後、脊椎圧迫骨折保存

行周期、左右の歩幅、股関節、膝関節の最療法の患者12名の経時的な歩行動画の撮影大屈曲・最小屈曲角度を計算した。
（AI 群）が完了し、解析を開始している。

これらの結果は、MA-3000とWalk-Way

今後は解析にかかる時間の短縮、新たなMV-1000 により取得された結果と比較検討

アプリケーションの共同開発を通して、医療、した。統計学的検討はR statistical package

介護の領域におけるテーラーメイドリハビリ

v.4.2.3（R Core Team, Foundation, Austria）

テーション医療の確立という我々の目標に向を 用 い て、Welch のt 検 定とPearson の 相けて取り組んでいきたい。

関係数により検討した。統計学的有意差はp<0.05とした。

3. 現状の成果・考察
結果を表1、2に示す。
AI 群で取得された値のうち、歩行速度、歩行周期、左右の歩幅、膝関節の最大屈曲・最小屈曲角度においてはMotion capture 群と比較して同等以上の精度（小さい標準偏差）を示したが、股関節の最大屈曲・最小屈曲角度は標準偏差がやや大きかった（表1）。
相関係数の検討では、特に歩行速度、歩行周期、左右の歩幅、股関節の最大屈曲・最小屈曲角度、膝関節の最大屈曲角度で高い相関（r > 0.5）を示した（表2）。左膝、左股関節は体の影になるが、本技術は十分な精度を有していたことから、一側面からのみの解析でも十分な信頼性が得られた。
膝の最小屈曲角度は、Motion Capture群でマイナスの値を示しており、コントロール群の不良が考えられた。今回の試験により、膝の最小屈曲角度を除く全てのパラメー
ターにおける高い精度、相関が明らかとなっ

表1 3名の被検者における各種パラメーターの値平均値の差の比較（Welchの t 検定）
Variables

AI

Motion Capture

p-Value

Gait velocity (mean ± SD, km/h)

4.055 ± 0.307

4.138 ± 0.606

0.374

Gait cycle time (mean ± SD, sec)

1.093 ± 0.031

1.099 ± 0.041

Right Step length (mean ± SD, cm)

56.79

Left Step length (mean ± SD, cm)
Right Max FA of hip joint (mean ± SD, angle)± 5.660

62.51

0.476

± 6.161< 0.00155.606 ± 5.203

60.322 ± 7.654< 0.001

21.718 ± 2.438

17.571 ± 1.275< 0.001

Left Max FA of hip joint (mean ± SD, angle)

20.670 ± 3.062

16.825 ± 1.390< 0.001

Right Min FA of hip joint (mean ± SD, angle)- 23.160 ± 5.280- 13.349 ± 3.337< 0.001

Left Min FA of hip joint (mean ± SD, angle)- 19.948 ± 4.691- 14.747 ± 3.228< 0.001

Right Max FA of knee joint (mean ± SD, angle)

61.923 ± 3.724

58.486 ± 4.687< 0.001

Left Max FA of knee joint (mean ± SD, angle)

58.208 ± 5.750

59.872 ± 6.115

0.003

Right Min FA of knee joint (mean ± SD, angle)

2.231 ± 1.544- 3.910 ± 3.231< 0.001

Left Min FA of knee joint (mean ± SD, angle)

1.741 ± 1.717- 2.701 ± 1.237< 0.001

Abbrebiations : FA/flextion angle, Max/maximum, Min/minimum

表2 3名の各種パラメーターの値の相関係数（Pearsonの相関係数）
Variables

Correlation

Lower limit

Upper limit

Gait velocity

0.935

0.835

0.975Gait cycle time

0.675

0.319

0.864

0.002

Right Step length

0.911

0.779

0.966

< 0.001

Left Step length

0.934

0.800

0.979

< 0.001

Right Max FA of hip joint

0.868

0.683

0.948

< 0.001

Left Max FA of hip joint

0.705

0.369

0.878

< 0.001

Right Min FA of hip joint

0.727

0.408

0.999

< 0.001

Left Min FA of hip joint

0.745

0.439

0.896

< 0.001

Right Max FA of knee joint

0.841

0.626

0.937

< 0.001

Left Max FA of knee joint

0.932

0.829

0.974

< 0.001

Right MinFA of knee joint

0.304

0.175

0.206

Left Min FA of knee joint

0.472

0.763

0.040

- 0.666
0.023

Abbrebiations : FA/flextion angle, Max/maximum, Min/minimum

p-Value< 0.001