関節角躍度を用いた着地課題における膝関節運動の評価

抄録

【はじめに、目的】着地課題における三次元動作解析装置を用いた膝関節運動の定量的な評価は、これまで数多くの先行研究において行われている。その中でも、特に膝関節前十字靭帯（ACL）損傷予防の観点から、関節角度や床反力、外的関節モーメントなどのパラメータを用いた報告がされている。これらにおいて、着地課題における関節角度や外的関節モーメントを評価することは、ACL損傷に対する一定のリスクを同定するために有効である事が報告されている。一方で、角度変化や外的関節モーメントを計測することのみでは、その動作のパフォーマンスそのものを評価することは困難である。先行研究において、動作の円滑さを客観的に評価するパラメータとして、加速度の時系列的変化である躍度（Jerk）が挙げられている。躍度は加速度を時間で一階微分することで求められ、躍度が大きな動作は生体に不快感を与え、躍度が小さくなる動作は円滑であるとされる。この躍度を定量的に評価するパラメータとして、その二乗の総和（Jerk Cost）を用いる方法が提案されている。この方法では、躍度が大きい動作が円滑さに欠ける動作として定義される。本研究の目的はJerk Costを用い、方向を変えた複数の着地課題において、その着地課題間、個人間の差と関係性を調査する事である。Jerk Costが着地課題の円滑性によって変化し、個人間で円滑性に差が認められる事を仮説とした。【方法】下肢に整形外科的な既往がない健常女性10名10脚（年齢22.3±3歳、身長159.6±5.8cm、体重53.7±7.0kg）を対象とした。着地課題は30cm台からの片脚着地とした。着地肢は利き脚とし、全例右であった。利き脚は、ボールを遠くに蹴ることができる方の脚とした。着地地点は前方30cm地点と前方着地地点から左右に30cm離れた地点の計3 課題（前方、前右方、前左方）にそれぞれ設定した。着地方法に関しては着地地点の指定と、上肢位置を両側の腸骨稜に指定した以外は指示を与えなかった。着地課題の順序は、同じ着地条件が連続しない条件下で無作為に実施した。着地後バランスを崩さなかった課題を成功試行とし、各課題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、100Hz）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関節角度を算出し、関節角度を時間で三階微分することで、加速度の時系列的変化である躍度を算出した。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とした。初期接地後300ms 間を解析対象とし、この区間での躍度の二乗の総和をJerk Costとして算出した。Jerk Costの3回成功試行における平均値、標準偏差、相対標準偏差を算出し、比較を行った。統計処理はJerk Cost平均値の差に対しては対応のあるt検定、課題間の関係性に対してはpearsonの積率相関係数を用い、有意水準は5%未満とした。【倫理的配慮、説明と同意】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24712）【結果】各課題のJerk Cost平均値は前方3.51 × 10 ¹¹ ± 2.16 × 10 ¹¹ （degree ² /s ⁶ ）、前右方3.43 × 10 ¹¹ ± 2.12 × 10 ¹¹ （degree ² /s ⁶ ）、前左方4.59 × 10 ¹¹ ± 3.04 × 10 ¹¹ （degree ² /s ⁶ ）であったが、有意差を認めなかった。Jerk Costの相対標準偏差は前方61.2%、前右方61.9%、前左方66.1%であり個人間でばらつきを認めた。課題間の関係性においては、各課題間のJerk Costにおいて有意な正の相関を認めた。相関係数はそれぞれ、前方−前右方（R=0.87,P<0.01）、前方−前左方（R=0.80,P<0.01）、前右方−前左方（R=0.82,P<0.01）であった。【考察】Jerk Costにより、着地課題間の動作円滑性に差は認められなかったが、個人間の動作円滑性に差が認められた。Jerk Costは各課題間で有意に正の相関を示した。これは着地方向が変化した際も、その個人の膝関節角加速度変化といった運動特性が維持される事を示唆した。先行研究により関節躍度は動作の習熟と共に減少する傾向が示されている。このことから今回の実験結果におけるJerk Costの差は着地課題に対する動作の習熟度の違いを示した可能性がある。【理学療法学研究としての意義】着地課題における円滑性の指標として関節躍度を用いる事で、個定量的な評価によって個人差を明らかにすることが可能であった。着地課題において従来の評価指標に加え、評価指標としてJerk Costを用いることは着地課題のパフォーマンスの個人差を評価する有用な情報となりえる。