[P-KS-31-1] 加速度センサを用いた定量的動作評価システムの開発と再現性・妥当性の検証
Keywords:動作分析, 加速度センサ, 再現性・妥当性
【はじめに，目的】
理学療法を行う上で，患者の動作や姿勢の評価は極めて重要だが，臨床現場におけるそれらの評価は医療スタッフによる視覚的な観察が中心である。観察による評価は簡便で費用がかからない等のメリットもあるが，個人の能力や経験の影響を受けやすく，定量化が困難である等の問題も多い。近年，安価な加速度センサが様々な分野で応用されている。そこで，本研究の目的は，加速度センサを用いた定量的動作評価システムを試作し，その再現性と妥当性について検証することとした。
【方法】
本システムの特徴は，小型加速度センサを体幹に装着し，動作に伴い発生する重力加速度の変化から体幹の角度を算出し，立ち上がり動作の定量評価を可能にすることである。測定には，3軸加速度センサと専用受信機（ロジカルプロダクト社製）を用いた。前後方向の加速度を解析対象とし，0V＝90°として動作中に体幹が最大前傾に達した時の角度（最大前傾角），動作開始角，動作完了角，および最大前傾角と動作開始角の差（前傾角）を求めた。本システムの再現性と妥当性を検証するため，健常成人16名（男性11名，女性5名，平均年齢：20.5歳）の立ち上がり動作を測定した。加速度センサを被験者の第3腰椎棘突起に固定し，立ち上がり動作に伴う体幹の角度変化を測定した。測定は高さ45cmの椅子を使用し，3回行った。裸足で両腕を身体の前で組み，体幹中間位で前を向いた姿勢を開始肢位とし，足部は被験者が最も立ち上がりやすい位置に接地し，毎回その位置から動作を行った。また，運動加速度の影響を少なくするため，ややゆっくりの速さで立ち上がり動作を行うよう指示した。本システムの再現性を評価するため，腰部の前傾角に対する級内相関係数（ICC）を求めた。また，妥当性を評価するため，被験者の右肩峰，第3腰椎等に蛍光マーカーを貼付し，2次元の動画測定を行った。右肩峰と第3腰椎を結んだ線を体幹の傾斜とし，垂直面からの角度を求めた。加速度センサと動画から得た動作開始角と最大前傾角の相関を求め，本システムの妥当性を検証した。
【結果】
腰部前傾角のICC（1,1）は，0.792，ICC（1,3）は，0.852と高い再現性を示した。また，加速度センサと動画から得たから腰部の動作開始角および最大前傾角の相関係数は0.94で，高い相関を示した。
【結論】
本研究の結果，我々が試作した定量的動作評価システムには良好な再現性と妥当性があることが確認できた。本システムの利点は，三次元画像解析装置や床反力計等による大規模装置に比べ，安価で測定が容易な点にある。また，スペースも要らず無拘束で測定できるため，患者や測定者の負担が少ない点も臨床現場での測定に適している。今後の課題として，動作中の運動加速度の影響等による誤差範囲について検証する必要がある。また，ジャイロセンサを併用し，歩行やバランス等の定量評価にも応用できるシステムの構築を目指す。
理学療法を行う上で，患者の動作や姿勢の評価は極めて重要だが，臨床現場におけるそれらの評価は医療スタッフによる視覚的な観察が中心である。観察による評価は簡便で費用がかからない等のメリットもあるが，個人の能力や経験の影響を受けやすく，定量化が困難である等の問題も多い。近年，安価な加速度センサが様々な分野で応用されている。そこで，本研究の目的は，加速度センサを用いた定量的動作評価システムを試作し，その再現性と妥当性について検証することとした。
【方法】
本システムの特徴は，小型加速度センサを体幹に装着し，動作に伴い発生する重力加速度の変化から体幹の角度を算出し，立ち上がり動作の定量評価を可能にすることである。測定には，3軸加速度センサと専用受信機（ロジカルプロダクト社製）を用いた。前後方向の加速度を解析対象とし，0V＝90°として動作中に体幹が最大前傾に達した時の角度（最大前傾角），動作開始角，動作完了角，および最大前傾角と動作開始角の差（前傾角）を求めた。本システムの再現性と妥当性を検証するため，健常成人16名（男性11名，女性5名，平均年齢：20.5歳）の立ち上がり動作を測定した。加速度センサを被験者の第3腰椎棘突起に固定し，立ち上がり動作に伴う体幹の角度変化を測定した。測定は高さ45cmの椅子を使用し，3回行った。裸足で両腕を身体の前で組み，体幹中間位で前を向いた姿勢を開始肢位とし，足部は被験者が最も立ち上がりやすい位置に接地し，毎回その位置から動作を行った。また，運動加速度の影響を少なくするため，ややゆっくりの速さで立ち上がり動作を行うよう指示した。本システムの再現性を評価するため，腰部の前傾角に対する級内相関係数（ICC）を求めた。また，妥当性を評価するため，被験者の右肩峰，第3腰椎等に蛍光マーカーを貼付し，2次元の動画測定を行った。右肩峰と第3腰椎を結んだ線を体幹の傾斜とし，垂直面からの角度を求めた。加速度センサと動画から得た動作開始角と最大前傾角の相関を求め，本システムの妥当性を検証した。
【結果】
腰部前傾角のICC（1,1）は，0.792，ICC（1,3）は，0.852と高い再現性を示した。また，加速度センサと動画から得たから腰部の動作開始角および最大前傾角の相関係数は0.94で，高い相関を示した。
【結論】
本研究の結果，我々が試作した定量的動作評価システムには良好な再現性と妥当性があることが確認できた。本システムの利点は，三次元画像解析装置や床反力計等による大規模装置に比べ，安価で測定が容易な点にある。また，スペースも要らず無拘束で測定できるため，患者や測定者の負担が少ない点も臨床現場での測定に適している。今後の課題として，動作中の運動加速度の影響等による誤差範囲について検証する必要がある。また，ジャイロセンサを併用し，歩行やバランス等の定量評価にも応用できるシステムの構築を目指す。