[0102] スプリット型フットスイッチ，加速度センサー，圧センサーによる歩行周期計測の比較
キーワード：フットスイッチ, 加速度計, 歩行周期
【はじめに，目的】歩行障害を有する患者を対象にしたリハビリテーション治療において，どのタイミングで問題が生じているかなど，歩行能力を詳細に評価することは重要である。しかし，従来の計測装置は高価で，空間的制約が大きいため臨床での利用には制約がある。そこで，今回我々は，安価で簡単に客観的な歩行周期を計測できる①スプリット型フットスイッチ（Split foot switch：SFS）を作製し，②加速度センサー（Accelerometer：AM），③圧センサー（Pressure sensor：PS）との歩行周期計測の比較検討を行った。
【方法】対象は健常成人男性9名，年齢は27.1±2.7歳であった。測定課題は，被験者の主観的快適速度での歩行とした。測定機器と取り付け位置は，①SFS：マットセンサー（竹中エンジニアリングM-68）を用いて，踵部と爪先部の2つのセンサーを作製し，本人持ちの右側靴底の踵と爪先部に両面テープにて貼り付けた。②AM：小型無線多機能センサー（ATR-Promotions社製TSND121）を背面第3腰椎部にホワイトテープと軟性バンドで固定し，体幹の三軸方向（上下・左右・前後）の加速度を計測した。③PS：Flexiforce（ニッタ社製A201-100）を右足の踵と母趾球部にホワイトテープで固定した。これらの機器を同時に，サンプリング周波数100Hzで計測を行い，歩行が定常状態となった区間の立脚期のデータを10周期分採用した。各機器の踵接地・爪先離地の決定基準は，①SFS：踵接地は踵センサーのON，爪先離地は爪先センサーのOFF，②AM：踵接地は加速度前後成分上方ピーク，爪先離地は加速度上下成分下方ピーク，③PS：踵接地は踵センサーの上昇開始点，爪先離地は爪先センサーの上昇ピークとした。この基準より一歩行周期の時間，一歩行周期に対する立脚期の割合を計算した。解析は，被験者毎に，機器間の計測値の差に関しては，計測値に正規性・等分散性が認められた場合，一元配置分散分析で比較し，Tukey法にて多重比較を実施，認められなかった場合はfriedman検定後，Bonferroni補正されたWilcoxon検定を実施した。また，機器間の計測値の相関に関しては，Spearman順位相関係数を用いて計算した。更に，これらと同様の解析を各被験者の計測値の平均値を元にグループレベルでも行った。解析にはR version 2.8.1を使用し，有意水準を5%に設定した。
【倫理的配慮，説明と同意】当院の倫理委員会により承認を得て，被験者には十分な説明の後，同意を得た後に実施した。
【結果】9名全体の一歩行周期（秒）に関しては,平均時間±標準偏差（変動係数）はSFSが1.08±0.27（2.53），AMが1.08±0.27（2.54），PSが1.08±0.25（2.29）であった。立脚期の割合（%）はSFSが58.8±0.91（0.015），AMが68.4±1.8（0.026），PSが49.2±2.8（0.059）であった。計測値の差の検定では，一歩行周期の時間は，全ての被験者およびグループレベルで，機器間の有意差は認められなかったが，立脚期の割合ではSFS＜AMと有意差を認めた者が9名中7名，SFS＞PSと有意差を認めた者が8名であり，グループレベルでもPS＜SFS＜AMと有意差を認めた。相関の検定では，一歩行周期でSFS－AM間の有意な相関関係を示した者が7名，SFS－PS間では9名であり，グループレベルでもSFS－AM間でr=0.996，SFS－PS間でr=0.997，AM－PS間でr=0.997と強い相関を認めたが，立脚期の割合ではSFS－AM間の有意な相関関係を示した者が1名のみ，SFS－PS間では0名であり，グループレベルでも有意な相関関係は認められなかった。
【考察】一歩行周期では機器間で計測値に差が無く，相関も高かった事から，いずれの機器も高い精度で歩行周期を計測できていると考えられた。一方，立脚期の割合では，多くの被験者で機器間に共通した差が認められ，また機器間で有意な相関を示しているものは少なかった。差が認められたことに関しては，AMの加速度波形から踵接地・爪先離地を決定する方法の特性とPSの接地面積の少なさなどが影響していると考えられた。相関が認められなかったことに関しては，立脚期の割合の変動係数が，SFSに比べAMやPSで大きいことが影響していると考えられた。一見より変動係数の小さいSFSが歩行計測には有効と考えられる。しかし，歩行時の体幹や下肢の運動は毎回僅かに異なっており，SFSで直接計測できる床接地時間という時間因子を維持するため，毎回運動学的な微調整が行われる機序をAMやPSの計測値の変動は反映していると考えられた。
【理学療法学研究としての意義】本研究の結果から，SFSによる歩行計測は変動が小さく，臨床での計測に適当と思われたが，AM・PSの変動の原因も考慮する必要があると考えられた。これらを組み合わせることで，歩行の多様な情報を収集することが可能になると考えられた。
【方法】対象は健常成人男性9名，年齢は27.1±2.7歳であった。測定課題は，被験者の主観的快適速度での歩行とした。測定機器と取り付け位置は，①SFS：マットセンサー（竹中エンジニアリングM-68）を用いて，踵部と爪先部の2つのセンサーを作製し，本人持ちの右側靴底の踵と爪先部に両面テープにて貼り付けた。②AM：小型無線多機能センサー（ATR-Promotions社製TSND121）を背面第3腰椎部にホワイトテープと軟性バンドで固定し，体幹の三軸方向（上下・左右・前後）の加速度を計測した。③PS：Flexiforce（ニッタ社製A201-100）を右足の踵と母趾球部にホワイトテープで固定した。これらの機器を同時に，サンプリング周波数100Hzで計測を行い，歩行が定常状態となった区間の立脚期のデータを10周期分採用した。各機器の踵接地・爪先離地の決定基準は，①SFS：踵接地は踵センサーのON，爪先離地は爪先センサーのOFF，②AM：踵接地は加速度前後成分上方ピーク，爪先離地は加速度上下成分下方ピーク，③PS：踵接地は踵センサーの上昇開始点，爪先離地は爪先センサーの上昇ピークとした。この基準より一歩行周期の時間，一歩行周期に対する立脚期の割合を計算した。解析は，被験者毎に，機器間の計測値の差に関しては，計測値に正規性・等分散性が認められた場合，一元配置分散分析で比較し，Tukey法にて多重比較を実施，認められなかった場合はfriedman検定後，Bonferroni補正されたWilcoxon検定を実施した。また，機器間の計測値の相関に関しては，Spearman順位相関係数を用いて計算した。更に，これらと同様の解析を各被験者の計測値の平均値を元にグループレベルでも行った。解析にはR version 2.8.1を使用し，有意水準を5%に設定した。
【倫理的配慮，説明と同意】当院の倫理委員会により承認を得て，被験者には十分な説明の後，同意を得た後に実施した。
【結果】9名全体の一歩行周期（秒）に関しては,平均時間±標準偏差（変動係数）はSFSが1.08±0.27（2.53），AMが1.08±0.27（2.54），PSが1.08±0.25（2.29）であった。立脚期の割合（%）はSFSが58.8±0.91（0.015），AMが68.4±1.8（0.026），PSが49.2±2.8（0.059）であった。計測値の差の検定では，一歩行周期の時間は，全ての被験者およびグループレベルで，機器間の有意差は認められなかったが，立脚期の割合ではSFS＜AMと有意差を認めた者が9名中7名，SFS＞PSと有意差を認めた者が8名であり，グループレベルでもPS＜SFS＜AMと有意差を認めた。相関の検定では，一歩行周期でSFS－AM間の有意な相関関係を示した者が7名，SFS－PS間では9名であり，グループレベルでもSFS－AM間でr=0.996，SFS－PS間でr=0.997，AM－PS間でr=0.997と強い相関を認めたが，立脚期の割合ではSFS－AM間の有意な相関関係を示した者が1名のみ，SFS－PS間では0名であり，グループレベルでも有意な相関関係は認められなかった。
【考察】一歩行周期では機器間で計測値に差が無く，相関も高かった事から，いずれの機器も高い精度で歩行周期を計測できていると考えられた。一方，立脚期の割合では，多くの被験者で機器間に共通した差が認められ，また機器間で有意な相関を示しているものは少なかった。差が認められたことに関しては，AMの加速度波形から踵接地・爪先離地を決定する方法の特性とPSの接地面積の少なさなどが影響していると考えられた。相関が認められなかったことに関しては，立脚期の割合の変動係数が，SFSに比べAMやPSで大きいことが影響していると考えられた。一見より変動係数の小さいSFSが歩行計測には有効と考えられる。しかし，歩行時の体幹や下肢の運動は毎回僅かに異なっており，SFSで直接計測できる床接地時間という時間因子を維持するため，毎回運動学的な微調整が行われる機序をAMやPSの計測値の変動は反映していると考えられた。
【理学療法学研究としての意義】本研究の結果から，SFSによる歩行計測は変動が小さく，臨床での計測に適当と思われたが，AM・PSの変動の原因も考慮する必要があると考えられた。これらを組み合わせることで，歩行の多様な情報を収集することが可能になると考えられた。