[0977] 相対位相を用いたDrop jumpにおける体節間協調性の評価と跳躍高との関係性
Keywords:三次元動作解析, 跳躍, 協調性
【はじめに，目的】
Drop jumpは落下の反動を利用し,約0.3～0.5秒という極めて短い接地時間の中で効率的に床反力を生成する跳躍動作である。スポーツの分野においてはそのパフォーマンスレベルがそのまま競技レベルに直結する競技も多く,傷害発生の多い動作であるため,傷害予防の観点からも数多くの研究においてそのメカニズムの解析が行われてきた。しかし,多くの先行研究では,Drop jumpが複数体節間の協調的な働きにより達成される動作にも関わらず,その解析対象は角度の最大値や最小値といった一次元量における一時点のパラメータに限られている場合がほとんどであり,複数のパラメータを統合した協調性の評価は行われていない。複数の時系列データの協調性を評価する手法として,状態空間における相対位相を用いた評価法が確立されており,この手法により一次元量における一時点のパラメータのみで表すことが困難である時系列データ間の類似性・協調性を評価することができる。本研究の目的は相対位相を用いてDrop jumpにおける各体節角度変化の協調的なパタンを評価し,その協調的なパタンと跳躍高との関係性を明らかにすることである。
【方法】
下肢に整形外科的な既往がない健常成人女性14名（年齢21.9±0.7歳,身長159.6±4.2 cm,体重52.3±3.3 kg）を対象とした。着地課題は30cm台からの両脚でのDrop jumpとした。計測肢は利き脚とし,全例右であった。跳躍条件として上肢位置を両側の腸骨稜に指定し,“可能な限り高く跳ぶ”ことを口頭指示した。着地後バランスを崩さなかった課題を成功試行とし,3回の成功試行を解析対象とした。計測には8台の赤外線カメラによる三次元動作解析装置（VICON社製,200Hz）を用いて,35個の反射マーカの三次元座標を記録した。マーカの三次元座標情報から矢状面上の股関節,膝関節,足関節角度に加え,矢状面上の体幹,大腿,下腿のグローバル座標系のyaw軸に対する体節角度を算出し,角度の1階微分より各角速度を求めた。床反力計（KISTLER社製，1000Hz）を用いて床反力が計測され,床反力の垂直成分が10N以上を記録した瞬間を初期接地,10N以下を記録した瞬間を離地と定義し,初期接地から離地までを解析区間とした。得られた角度・角速度データをそれぞれ時間正規化した後,各関節の最大屈曲角度と各体節の最大傾斜角度を求めた。相対位相の評価は,まず角度・角速度データから標準化した角度－角速度平面を作成後,逆関数を用いて体幹・大腿・下腿の位相角を算出した。その後,それぞれの位相角の差分より相対位相（下腿-体幹・大腿-体幹・下腿-大腿）を算出し,相対位相の相似性の評価のためにそれぞれの変曲点の数を求めた。統計処理は各関節の最大屈曲角度,各体節の最大傾斜角度と跳躍高をPearsonの積率相関係数,各位相差の変曲点数と跳躍高のそれぞれの関係性をSpearmanの順位相関係数を用いて比較し,有意水準は5%未満とした。
【倫理的配慮，説明と同意】
ヘルシンキ宣言に則り,対象者には研究の目的と内容について書面と口頭にて十分に説明を行い,書面にて同意を得た。本研究は埼玉県立大学大学院保健医療福祉学研究科倫理委員会の承認を得て実施した。（受付番号25507）
【結果】
各関節の最大屈曲角度と跳躍高の関係は,股関節R=-0.04,膝関節R=-0.05,足関節R=0.13であった。各体節の最大傾斜角度と跳躍高の関係性は体幹R=0.04,大腿R=0.39,下腿R=-0.08であり,各角度データと跳躍高の間に有意な相関を認めなかった。下腿-体幹と下腿-大腿における相対位相は多くの場合,一つの変曲点を持つ三次関数様の変化を示したが,跳躍高の低い被験者においては変曲点の数は増加傾向にあった。相対位相の変曲点の数と跳躍高の関係性では,下腿-体幹R=-0.67,大腿-体幹R=-0.09,下腿-大腿R=-0.64であり,下腿-体幹・下腿-大腿の変曲点の数と跳躍高の間においてのみ有意な負の相関を認めた。
【考察】
各角度の最大値と跳躍高に有意な相関を認めなかったことは,最大角度の様な一次元量の一時点のパラメータでは,跳躍動作という多関節動作のパフォーマンスを特徴付けることが困難であることを示していると考えられる。一方で,相対位相の変曲点の数と跳躍高に有意な負の相関を認めた。このことは相対位相の変化が示した三次関数様のパタンは跳躍動作においての協調的なパタンを表し,その協調的なパタンは結果として高いパフォーマンスにつながったと考えられる。
【理学療法学研究としての意義】
協調的な運動はパフォーマンスの向上や傷害予防にとって重要であるが,一次元のパラメータの単純比較で表すことは困難である。このような手法を用いることは理学療法士が目指すべき協調的なパタンを評価する上で有意義である。
Drop jumpは落下の反動を利用し,約0.3～0.5秒という極めて短い接地時間の中で効率的に床反力を生成する跳躍動作である。スポーツの分野においてはそのパフォーマンスレベルがそのまま競技レベルに直結する競技も多く,傷害発生の多い動作であるため,傷害予防の観点からも数多くの研究においてそのメカニズムの解析が行われてきた。しかし,多くの先行研究では,Drop jumpが複数体節間の協調的な働きにより達成される動作にも関わらず,その解析対象は角度の最大値や最小値といった一次元量における一時点のパラメータに限られている場合がほとんどであり,複数のパラメータを統合した協調性の評価は行われていない。複数の時系列データの協調性を評価する手法として,状態空間における相対位相を用いた評価法が確立されており,この手法により一次元量における一時点のパラメータのみで表すことが困難である時系列データ間の類似性・協調性を評価することができる。本研究の目的は相対位相を用いてDrop jumpにおける各体節角度変化の協調的なパタンを評価し,その協調的なパタンと跳躍高との関係性を明らかにすることである。
【方法】
下肢に整形外科的な既往がない健常成人女性14名（年齢21.9±0.7歳,身長159.6±4.2 cm,体重52.3±3.3 kg）を対象とした。着地課題は30cm台からの両脚でのDrop jumpとした。計測肢は利き脚とし,全例右であった。跳躍条件として上肢位置を両側の腸骨稜に指定し,“可能な限り高く跳ぶ”ことを口頭指示した。着地後バランスを崩さなかった課題を成功試行とし,3回の成功試行を解析対象とした。計測には8台の赤外線カメラによる三次元動作解析装置（VICON社製,200Hz）を用いて,35個の反射マーカの三次元座標を記録した。マーカの三次元座標情報から矢状面上の股関節,膝関節,足関節角度に加え,矢状面上の体幹,大腿,下腿のグローバル座標系のyaw軸に対する体節角度を算出し,角度の1階微分より各角速度を求めた。床反力計（KISTLER社製，1000Hz）を用いて床反力が計測され,床反力の垂直成分が10N以上を記録した瞬間を初期接地,10N以下を記録した瞬間を離地と定義し,初期接地から離地までを解析区間とした。得られた角度・角速度データをそれぞれ時間正規化した後,各関節の最大屈曲角度と各体節の最大傾斜角度を求めた。相対位相の評価は,まず角度・角速度データから標準化した角度－角速度平面を作成後,逆関数を用いて体幹・大腿・下腿の位相角を算出した。その後,それぞれの位相角の差分より相対位相（下腿-体幹・大腿-体幹・下腿-大腿）を算出し,相対位相の相似性の評価のためにそれぞれの変曲点の数を求めた。統計処理は各関節の最大屈曲角度,各体節の最大傾斜角度と跳躍高をPearsonの積率相関係数,各位相差の変曲点数と跳躍高のそれぞれの関係性をSpearmanの順位相関係数を用いて比較し,有意水準は5%未満とした。
【倫理的配慮，説明と同意】
ヘルシンキ宣言に則り,対象者には研究の目的と内容について書面と口頭にて十分に説明を行い,書面にて同意を得た。本研究は埼玉県立大学大学院保健医療福祉学研究科倫理委員会の承認を得て実施した。（受付番号25507）
【結果】
各関節の最大屈曲角度と跳躍高の関係は,股関節R=-0.04,膝関節R=-0.05,足関節R=0.13であった。各体節の最大傾斜角度と跳躍高の関係性は体幹R=0.04,大腿R=0.39,下腿R=-0.08であり,各角度データと跳躍高の間に有意な相関を認めなかった。下腿-体幹と下腿-大腿における相対位相は多くの場合,一つの変曲点を持つ三次関数様の変化を示したが,跳躍高の低い被験者においては変曲点の数は増加傾向にあった。相対位相の変曲点の数と跳躍高の関係性では,下腿-体幹R=-0.67,大腿-体幹R=-0.09,下腿-大腿R=-0.64であり,下腿-体幹・下腿-大腿の変曲点の数と跳躍高の間においてのみ有意な負の相関を認めた。
【考察】
各角度の最大値と跳躍高に有意な相関を認めなかったことは,最大角度の様な一次元量の一時点のパラメータでは,跳躍動作という多関節動作のパフォーマンスを特徴付けることが困難であることを示していると考えられる。一方で,相対位相の変曲点の数と跳躍高に有意な負の相関を認めた。このことは相対位相の変化が示した三次関数様のパタンは跳躍動作においての協調的なパタンを表し,その協調的なパタンは結果として高いパフォーマンスにつながったと考えられる。
【理学療法学研究としての意義】
協調的な運動はパフォーマンスの向上や傷害予防にとって重要であるが,一次元のパラメータの単純比較で表すことは困難である。このような手法を用いることは理学療法士が目指すべき協調的なパタンを評価する上で有意義である。