変形性股関節症患者の歩行分析

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(1)理学療法学第 632 42 巻第 8 号 632 ∼ 633 頁（2015 年）理学療法学第 42 巻第 8 号. メインシンポジウム. 変形性股関節症患者の歩行分析＊ ─医・工学との連携─. 加藤浩＊＊. はじめに筆者は変形性股関節症（以下，変股症）を対象とした臨床研究に力を入れてきた。そのひとつとして表面筋電図（以下， EMG）を用いた筋の質的筋活動評価（以下，周波数解析）に関する研究がある。一般的に EMG 周波数解析といえば，高速フーリエ変換（以下，FFT）が広く知られている。しかし， FFT を用いた周波数解析は，解析信号波形の定常性を仮定しているため，おもに等尺性収縮下での筋活動評価に限定されていた。この限界の突破口を開いたのが，工学分野の若手研究者との勉強会であった。勉強会に参加する中で新しい解析方法である wavelet 変換（以下，WT）に出会った。wavelet とは「小波（さざなみ）」の意味があり，工学分野では局所の振動波形. 図 1 歩行時中殿筋の EMG パワースペクトル特性（文献 1 より引用）健常群では踵接地直後に％ MPF の急激な上昇が認められるのに対し，変股症群では大きな変化は認められない．. を表す用語として使われている。WT は生体信号の非定常性を仮定した周波数解析に威力を発揮する。これを EMG 周波数解析に応用することで，従来困難とされてきた歩行動作時での筋. 工学との連携─FFT から WT 周波数解析へ─. 活動評価が可能となった。筆者らは WT を EMG 周波数解析に. FFT による周波数解析は，信号波形の定常性を仮定し，時. 応用し，世界に先駆けて股関節疾患患者を対象に歩行時立脚期. 間領域から周波数領域へ信号を変換するものである。これまで. の時々刻々と変化する中殿筋の動的 EMG 周波数特性の評価を. の EMG 周波数解析の評価において，その多くが静的な等尺性. 行った。その結果，跛行の顕著な患者ほど，立脚期初期（踵接. 筋収縮で行われていたのは，この定常性を仮定しているためで. 地時）の平均周波数の上昇が認められず，その原因としておも. ある。つまり，FFT は動的な等張性収縮などパワースペクト. に type Ⅱ線維を支配する運動単位の動員数と発火頻度の減少. ルが時間とともに刻々と変化する信号（非定常性信号）解析に. の可能性が示唆された。さらに本研究結果を検証するため医師. は適していないといえる。一方，wavelet 関数は中心から離れ. の協力のもと手術中に筋生検を行い組織形態学的分析から同特. るにしたがって急激に振幅が小さくなる局在した関数の総称で. 性の意義について検討した。その結果，動的 EMG 周波数特性. ある。そして，それぞれ目的に応じて多くの wavelet 関数が. は type Ⅱ線維の線維径と深く関連しており，WT 周波数解析. 用意されている。そのため WT の応用範囲は広く，画像圧縮，. は中殿筋 type Ⅱ線維の非侵襲的廃用性筋萎縮評価に有効であ. 音声処理・認識，地震動から金融株の予測まで多様である。そ. る結論を得た。これらの研究に取り組む中で学んだことは，工. こで，我々の研究グループではこの WT とよばれる新しい工. 学や医学といった研究者との連携，すなわち，学際領域の研究. 学技術を EMG 周波数解析に応用し，世界に先駆けて股関節疾. の重要性である。本シンポジウムでは，筆者がこれまで取り組. 患患者を対象に歩行時立脚期の時々刻々と変化する中殿筋の動. んできた EMG の臨床研究について紹介しながら，今後の臨床. 的 EMG 周波数特性の評価（筋の質的評価）を行った（図 1）。. （職能）と研究（学術）の分化と融合について展望してみたい。. その結果，跛行の顕著な患者ほど，立脚期初期（踵接地時）の平均周波数（以下，MPF）の上昇が認められず，その原因と. ＊. Gait Analysis of Patients with Hip OA: Collaboration with Medical and Engineering ＊＊九州看護福祉大学大学院（〒 865‒0062 熊本県玉名市富尾 888） Hiroshi Katoh, SOPT, PhD: Kyushu University of Nursing and Social Welfare Graduate School キーワード：表面筋電図，wavelet，変形性股関節症. しておもに type Ⅱ線維を支配する運動単位の動員数と発火頻度の減少の可能性が示唆された。. 基礎医学との連携─筋生検による組織形態学的研究─ しかし，上記の結果はあくまでも推測の域であり，EMG の.

(2) 変形性股関節症患者の歩行分析. 633. 図 3 臨床普及型の無線式 EMG システム“Real time wavelet Mercury” （文献 3 より引用）図 2 EMG パワースペクトルと筋線維タイプとの関係（文献 2 より引用）上段の図：縦軸は MPFR 註，横軸は中殿筋 type Ⅱ 線維径を示す．両者の間には正の相関が認められた．下段の図：A：初期変股症患者，B：進行期変股症患者，C：末期変股症患者．濃染してあるのが type Ⅱ筋線維．淡染してあるのが type Ⅰ筋線維を示す．註. ：歩行時の最終遊脚相（踵接地の 0.1 秒前）から立脚相全域にかけて 0.1 秒間隔で MPF を算出し，立脚時間を 100％に換算して，踵接地の 0.1 秒前から立脚相 30％までの間で MPF の最小値と最大値を求め，その差分を MPFR と定義した．. 図 4 理学療法と学際分野（企業）との連携新たなる連携は新たなる情報発信（理学療法の発展）につながる．. 理医療用機器（認証番号 221AGBZX00054000）の承認を受け，限界でもあった。そこで，筆者は整形外科医師（執刀医）の協力を仰ぎ，患者の了承を得て，手術中に中殿筋の筋生検を実施してもらい，ATPase 染色法（選択的に速筋線維と遅筋線維をタイプ分類する染色法）を病理部の臨床検査技師に習い，自ら. さらに，2013 年には経済産業省の第 5 回ものづくり日本大賞（中国経済産業局長賞）を受賞した。. これからの理学療法への提言. 筋線維染色ができるように練習を重ね基礎医学分野との連携を. 簡単ではあるが筆者のこれまで実践してきた WT 周波数解. 深めた。そして，股関節疾患患者 33 例を対象（変股症 21 症例，. 析を用いた股関節疾患患者の歩行分析における筋の質的評価に. 大. ついて，その一連の研究成果を紹介した。最後にこのシンポジ. 骨頭壊死症 1 症例，急速破壊型股関節症 1 症例，そして. THA 後のルースニングが 10 症例）に手術中に中殿筋の筋生検. ウムでは以下のことを提言したい。. を行い組織形態学的分析から同特性の意義について検討した。. ①医工連携による新たなる研究は新たなる歩行分析の可能性を. その結果，動的 EMG 周波数特性は type Ⅱ線維の線維径と深く関連しており，WT 周波数解析は type Ⅱ線維の非侵襲的廃用性筋萎縮評価に有効である結論を得た（図 2）。. 企業との連携─臨床普及型 EMG 解析システムの開発─ 我々の研究グループは，これまでの EMG に関する研究成果を臨床に広く還元するべく，企業と連携して WT 周波数解析を搭載した EMG システムの開発を行ってきた。そして，世界ではじめてリアルタイム処理・表示を可能とした無線式の臨床普及型 EMG 評価システムの開発を成功させた（図 3）。その特徴は，①軽量（4chEMG アンプ約 130 g），②無線（無線距離は 20 m 以上），③リアルタイム表示可能な解析ソフト（積分筋電図解析と世界初のリアルタイム wavelet 周波数解析），④ 価格性能（現在市販されている製品と比べ圧倒的な低価格を実現）などが挙げられる。また，当該システムは 2009 年度に管. 広げる。 ②臨床研究は研究が目的ではなく，その成果をいかに臨床普及させるかが重要である。. 文献 1）加藤浩，藤野英次郎，他：歩行解析における股関節中殿筋の質的評価の試み─ wavelet 変換による動的周波数解析─．理学療法学．1999; 26: 179‒186. 2） Kato H, Jingushi S: The Relationship between Dynamic Frequency Characteristics of Surface EMG and Gluteus Medius Muscle Tissue Morphology in Patients with Chronic Hip Diseases ‒Time Frequency Analysis Using Wavelet Transform for Disuse Muscle Atrophy Evaluation‒. Medicine and Biology. 2009; 152: 480‒489. 3）加藤浩：検査・評価・診断技術の進化と発展，新人・若手理学療法士のための最新知見の臨床応用ガイダンス─筋骨格系理学療法─．嶋田智明，他（編），文光堂，東京，2013，pp. 12‒20..

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