歩容解析
科学的な歩容解析の嚆矢はアリストテレスの『動物運動論』であり、かなり下って1680年にジョヴァンニ・ボレリが著した『動物運動論』(I・II巻)がある。1890年代にドイツの解剖学者クリスティアン・ヴィルヘルム・ブラウネ(英語版)とオットー・フィッシャーは、荷重をかけた場合・かけなかった場合の人間の歩行に関する生体力学的な研究論文をいくつか発表した。
写真撮影の技術が発達すると、連続撮影が可能になり、それまで裸眼では捉えられ得なかった人間や動物の足運びの詳細が分かるようになった。エドワード・マイブリッジとエティエンヌ=ジュール・マレーは1900年代におけるそうした分野の開拓者だった。例えば連続写真はまず、馬がギャロップする時の詳しい足運びを明らかにし、それまでの絵画表現の多くが誤っていたことが分かった。
初期の研究の多くはフィルムカメラを使ったが、1970年代になってビデオカメラが普及すると低コスト・短時間で個々の患者に対し詳細な検査が可能となり、脳性麻痺、パーキンソン病、神経筋疾患などの病理を抱えた人間に対する歩容解析の広範な応用が始まった。歩容解析に基づいた治療体制(整形手術を含む場合もある)は、1980年代に大きく進歩した。こんにち世界中の多くの先進的な整形外科病院は、治療計画立案や予後観察を日常的に行うための歩容解析の施設を持っている。
1970年代から1980年代にかけて先進的なコンピュータを使った解析システムが様々な病院の施設で個別に開発され、その一部は航空宇宙産業と共同開発された。1980年代半ばになると、商業的な開発に伴って、歩容解析のための Vicon Motion Systems や BTS といったハードウェアが登場した。
これには速度、リズムの長さ、ピッチ、などが含まれる。測定方法として、
ストップウォッチと床の印を使う
圧力マットの上を歩く
床上2〜3センチの平面の一定範囲をレーザー・センサーでスキャンする
慣性センサーで得られた3Dジャイロスコープと3D加速度センサーのデータをソフトウェアで解析する
典型的な歩容解析の施設は、コンピュータと接続した複数のカメラ(ビデオおよび/あるいは赤外線)を通路やトレッドミルの周囲に配置している。被験者は体の様々な決まった位置(例えば、骨盤の上前腸骨棘、踝、膝頭)にマーカーを配置したり、半身に一連のマーカーを配置したりする。被験者は通路やトレッドミルを歩き、コンピュータが各マーカーの三次元的な軌跡を計算する。そして計算モデルに従って体内の骨の動きが計算される。これにより、各関節の動きが完全に分かることになる。よく使われるのは、下半身に全15個のマーカーをとりつける、ヘレン・ヘイズ病院のマーカー・セットである。この15個のマーカーの動きを分析することで、各関節の動作角度が分かるようになる。
歩行パターンの動力学的要素を計算するために、殆どの施設は床に埋め込んだ床反力測定盤を用意している。これは床反力の力とモーメントを測定するもので、力の大きさ、方向、位置(いわゆる圧力中心)を調べられる。