直立姿勢時における重心動揺の測定値

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(1)直立姿勢時における重心動揺の測定値山本広樹※. MeasuringDatao fBodySwaya tQ u i e tS t a n d i n gP o s t u r e H i r o k iYAMAMOTO. A b s t r a c t. Q u i e ts t a n d i n gp o s 知r ei sv e ηru n s t a b l es t a t e .T h e r e f o r ep e r s o na l w a y sa r es w a y i n ge v e nw h i l es t a n d i n g. e n t e r o f p r e s s u r e(COp)m e a s u r e sd e r i v e d企omf o r c ep l a t ed a t a. c a l m l y .An ds u c hbodys w a y sa r eo f t e ne s t i m a t e d企omc i m i n ga tt h eq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o no fac a r s i c k n e s ss t a t e，wea r ei n v e s t i g a t i n gt h ei n f l u e n c eont h i sbody Ono n ehand，a swaya tb o a r d i n gt oc a r s .I no r d e rt oknowt h en o r m a ls t a t ea sc o m p a r i s o nd a t a ，wep u tt h em e a s u r e m e n t so fbodysway a b o u t212s u b je c t s企om3t o7 9y e a r so l di n t op r a c t i c e .M e a s u r e m e n t sw e r ec a r r i e do u tu n d e rt h ec o n d i t i o nwhich o p e n e da n dc 10 s e de y e sf o r3 0s e c o n d s .S a m p l i n gr a t ewas1 0 0 s / sa n dc u t o f ff r e q u e n c yo fLPFwass e tt o1 0 H z .From t h e s ee x p e r i m e n t a lt i m es e r i e sd a t a ，wee s t i m a t e dsomee v a l u a t i o ni n d i c e s;L o c u sl e n g t h( a )34cmσ. 今. 1 5，( b )44cmσ. 主2 1， Ar e aofsway( R e c t a n g u l a r )( a )3 . 6 cm2σ王子8 . 5，( b )4. 4c m2σ二 9 . 0， (Meanc i r c 1 e )( a )0 . 9 c m2σ今1.9， ( b )0 . 9 c m2. σ王子1.2， h e r e( a )s t a n d sf o ru n d e ro p e n e de y e s，( b )s t a n d sf o rc 10 s e de y e s .I na d d i t i o nt ot h i s， L o c u sl e n g t hp e ru n i ta r e a ， Meani n s t a n t a n e o u ss p e e da n dMaximumi n s t a n t a n e o u ss p e e dw e r ea l s oc a 1 c u l a t e d .However ，t h o s ev a l u e sa r et h emean 10 s e de y e sw e r ed i f f e r e n ti n v a l u e so fo v e r a l ld a t a .Thet e n d e n c yo ft h ec h a n g ei ni n d e xv a l u e sb e t w e e no p e n e da n dc t . e a c hs u b je c Keyword Bodysway ，S t a n d i n gp o s 旬r e， Fo r c ep l a t e，S t a b i l o m e t e r ， Motions i c k n e s s. 1.はじめに. る。また、スポーツ分野に於いて、バランス能力の評価に. 人体の重心位置は比較的高く、足裏の接地面積は小さい。. 用いられている他、精神医学の分野に於いても、ストレス. そのため、直立姿勢は大変不安定な状態である。また、風. 値の評価等へ活用する研究が行われている。何故なら、重. 等の外力が無くとも、筋肉の僅かな弛緩が姿勢の乱れを誘. 心動揺データは、姿勢制御の特性だけでなく、姿勢を乱す. 発する。したがって、人は静かに立っているときでも、常. 原因となる筋肉の状態を含め、精神状態を反映していると. に揺れ動いている。この身体の揺れは、重心動揺計という. も考えられるからである 2)。. 装置を用いて、重心位置の水平方向の変位として捉えるこ. 1 . 1 車酔いの評価と重心動揺. とができる。なお、重心動揺計で測定される重心位置とは、. ところで、車、船、飛行機、列車等の乗り物酔い(動揺. 足裏の接地面圧の幾何学的中心 COP(C e n t e r O f P r e s s u r e). 病)とその対策に関する様々な研究が古くから行われてい. であり、身体が粗静止状態にあることが前提である。. るが 3)、こうした研究を科学的に進めるためには、定量的. この重心動揺計. 1 )を用いて測定される重心動揺データ. かっ客観的な乗り物酔い状態の評価方法が必要である。. は、身体を直立状態に保つための姿勢制御結果を反映して. しかしながら、従来の主な評価方法である、被験者によ. いる。そのため、医療現場に於いて、舷量(めまし、)や平. る官能評価は、評価法に関する技術が進んだとはいえ、ま. 衡器官の検査、加齢によるバランス感覚の衰えを診る健康. だまだ客観性と定量性が十分とは言い切れない。また、被. 診断、リハビリテーション時の状態把握等に活用されてい. 験者の心拍・発汗・血圧・筋電・脳波等の生理活動を計測する方法は、定量性や客観性に優れるものの、実施に高価. *近畿大学工業高等専門学校. な機材や専門性と時間が要求されるため、大量の実験デー. 総合システム工学科機械システムコース. タを手軽に得る手段としては必ずしも適さない。更に、血. h︼. nべU. nノ.

(2) と測定結果について述べる。. 液成分検査では、被験者への負荷が大きい。そこで、我々は、車酔い状態を定量的に評価する方法へ. 2. 測定方法と評価指標. 前述の重心動揺データを利用できなし、か研究を行っている。車百科、が、身体の平衡感覚に影響を及ぼすならば、自. 重心動揺データの取得には、重心動揺計を用いる。重心. n sにその規格があり、市販の製品も. 動車への乗車前後で、重心動揺の制御特性に変化が現れる. 動揺計については、. のではないかと考えたからである。重心動揺データの取得. あるが、今回は、ロードセノレ(荷重センサ)を用いて製作し. は、体重計のような外観をもっ重心動揺計の上へ、比較的. た装置を用いた。また、得られた重心動揺データは、幾つ. 短時間乗るだけでよい。そのため、重心動揺計測による車. かの従来指標を求めてその傾向について分析を行った。本. 酔い状態の評価方法が確立できれば、物理データとしての. 章では、今回の測定における重心動揺計、評価指標、測定. 客観性と定量性を確保しながら、被験者への負担が少なく、. 条件について述べる。. 容易に実施できる方法として、大量のデータ取得に適して. 2. 1 重心動指針 i g . lに示す.図中、右から製作した測定装置の外観を F. いると考えられる。. 1 . 2 データ数と平常値. 容量 981Nのロードセノレ 3個(ミネベア側製、小型圧縮型. 上述の車酔いの評価も重心動揺の測定も、人間を含むシ. LSM-I00K-B) を組込んだ測定台、中央上がロードセルア. ステムを対象としたものである。人間である以上、個々の. F ユニット 3 個 ( 閥タートル工業製ンプ兼 USB I. 特性が時間的にも各個体についても同一であるとは考え. TUSB-SO1 LC2Z)、下が USBハブ及び ACアダプ夕、左は. 難い。身体の置かれた状況、精神状態、体調、測定までの. 記録及びデータ処理用ノート PCである。使用時は測定台. 行動等によって影響を受け、時間的に一定のものではなく、. に被験者が乗り、足底からの垂直荷重を一定時間測定記録. 時々で変化するものと推定される。健康状態にあると考え. する。測定台はロードセル 3個による 3点支持となってお. られる人の姿勢制御特性で、あっても、元々、個々人で差異. り、この荷重測定データから水平面上の重心位置を計算し、. があると推測される。. 分析を行った。なお、重心位置計算は静的荷重モデルとし. したがって、重心動揺データを基に評価を行う場合、た. て行った。 3つのロードセルは一辺約 32cmの正三角形の. だ一つのデータから、確定論的な結論が得られるとは考え. 頂点に配置している。また、各ロードセノレが上部足置板部. 難く、多数のデータを処理して、統計的に結論を導くのが. 分を支える支持部は、直径 3mmの円柱状である。時. 妥当である。また、データ取得の際、精神状態、体調、直前の行動(飲食や運動)等のデータに影響を与える因子を. ':~ f 一一一. 私設. 制御し、条件をできる限り統一することも重要となる。. iG~:1:'~:::，; ( i. 短時間の乗車による重心動揺データへの影響を実際に測定して見たところ、個人によりその変化傾向は異なって. 一. いるとともに、データの特徴量も数値も様々であった。さ. 司 . ' : 古 ; Jノ. F i g . lMeasurementSystem. らに、事前の行動条件を細かくかっ厳密に制御することは、. (F o r c e p l a t eandI n t e r f a c eD e v i c e s). 比較的困難であるという問題も認められた。. 2 . 2 評価指標. よって、比較的緩い実験条件の下、車酔い(可能なら短. 医療分野では、先ず、重心動揺データを動揺軌跡のグラ. 時間乗車)による影響を、重心動揺データの特徴変化から. フ(重心動揺図)として可視化し、医師がその態様を観察. 読み取るためには、適切な評価指標を見出すことが必要で. して特徴と傾向を判断する。そして、重心位置の時系列デ. ある。そしてそのためには、平常時の具体的特性数値やそ. ータから求められた幾つかの指標値による定量的比較と. のばらつきを、幅広い年齢、身体特徴(身長・体重)、性. 合わせて、医療診断に役立てられている。. 別で把握しておく必要がある。. この評価指標については、従来から様々な研究が行われ. 1 . 3 目的. てきたの5)など。代表的なものに、体平衡検査で一般的に使. 人の重心動揺については、各種の研究報告があり、実験. 用される、重心動揺軌跡距離(以下、「重心動揺長」と呼. や医療データを基に、数値例も報告されている。しかしな. t c )、ぶ)、重心動揺面積(外周面積、矩形面積、実効値面積 e. がら、その目的も条件も様々であり、車酔い研究を進める. 単位面積長(重心動揺軌跡距離を重心動揺面積で除した. 際の具体的検討データとしては十分ではない。. 値)がある。前二者は身体動揺の不安定さを、後者は直立. そこで、車酔い評価等の研究を遂行するための基礎資料. 姿勢制御の微細さを表すと言われている。. を得ることを目的として、老若男女 200名程度の直立状態. これを参考に、今回の測定では、重心動揺長、重心動揺. における重心動揺データの測定を行った。以下、その内容. A告のん.

(3) 面積(矩形と平均半径)、単位面積長を求めた。また、加. が少ないものの、概ね全年齢範囲に亘る測定値が得られた。. えて、動揺速度の最大値と平均値の計算も行った。具体的. そこで、前述の方法と条件により得られたデータから求め. な処理方法は次のとおり。. a b l e . lに示す。た各評価指標値を T. 重心動揺長は、時刻が前後するデータ間の直線距離を計. 重心動揺長は、開眼時の平均が約 34cm、開眼時が約. 算し、その値を全データ分積算して求めた。重心動揺面積. 44cmとなり、目を閉じることによって約 1 0c m程度長くな. の内、矩形面積は、重心動揺データの X 方向と Y 方向の. っている。これは、姿勢制御に視覚情報を多く取り入れて. 変動幅の積、平均半径面積は、各時刻の動揺中心(各時刻. いる人が多いことを示していると考えられる。また、標準. の重心位置データの幾何学重心)からの距離を計算し、そ. 偏差は開眼時約 15cm、閉眼時 21cm となっており、閉眼. の平均値を半径とした円面積とした。単位面積長は、重心. 時の方がぱらつきは大きい。このことは、視覚情報にあま. 動揺長を平均半径による重心動揺面積で除算して求めた。. り頼らない姿勢制御特性をもっ人もある程度いる可能性. 動揺速度は、時刻が前後するデータ間の直線距離をサンプ. を示している。なお、値のばらつき自体が大きく、個人差. リング間隔(時間)で除算して、瞬間速度とし、その平均. も大きいと言え、開眼時と閉眼時の平均重心動揺長の差は、. と最大値を求めた。. 何れの平均値からも l σ の変動範囲内に入っている。. 2. 3 測定条件目を開けた状態(開眼)と閉じた状態(閉眼)、で各 30. 40. Aged i s t r i b u t i o n. 秒間、静かに直立姿勢をとり、重心動揺を計測した。開眼 30. 時は、約 1 . 5m先の目線に近い高さへ設置した目印を見る. 図F emale. 状態とした。目印は、 A4用紙に印刷した半径 12cm程度の三重の円形図で、円内部は 3色に塗り分けたもの。開眼. • Male. p ， . 10. を先に行い、続いて閉眼の測定を行った。開眼と閉眼の測定間隔は、 1分以内程度である。. O. 重心を求めるための荷重計測は、サンプリングレート. F タタタタタタ sT，";)~ / ?，ro~. 、も'やややややや ρ;， > > I ( i I. 1 0 0 s / sで、行った。そして、各時刻における重心位置を 3ch. I. " ; ) ' ¥ .. Z. ，ro~ ; やや，手 ~I(i‘ 合; ， "r o 小やr 2. Ageb r a c k e t s. 分の荷重計測値から計算し、重心位置の時系列データを得た。この時系列データに、カットオフ周波数 10Hzの LPF (ローパスフィルタ)処理を行った後、各評価指標値の計算を行った。なお、 LPFの設定値により、同じデータを用いても、異なる評価指標値が得られる。今回は、重心動揺 I S規格に定められた、自由振動数 20Hz以上という計の J. 規定と、日本平衡神経科学会の重心動揺検査の基準 (Power 加 m を 0 .02Hz より 5-10Hzで求めるというもの)を s p e c. 参考に、10Hzを闇値とした。LPFは、矩形窓で FTと1FT の組合せでプログラムによる計算処理により行った。. F i g. 2Aged i s t r i b u t i o no f t h es u b j e c t s. ヘ. llE v a l u a t i o ni n d i c e s企omt h eo v e r a l ld a t a Tab.. L. と題したコーナーを設け、卒業研究生を中心に、学生の協力の下、一般の来場者(学生含む)を対象に 220人以上の重心動揺測定を行った。こうして得られたデータの内、同一人物の重複と、年齢・性別の記録が不確実な一部のものを除き、 7歳 7 9歳までの女性 92名と 3歳 7 8歳までの 2 0名の合計 212名分のデータを分析した。以下に、男性 1. Sr L/Sc Vm Vmax 1 . 1 3. Max.. 132 2 1 . 6 110 6 . 0 8. 4 . 3 9. 75. 4. M i n .. 1 6 . 2 0 . 0 8 0. 34 203. 0. 54. 2 . 6 6. 7 . 7 7. 0 . 5 0. 1 2 . 1. [ c m -. [ c m/ s ] [ c m/ s ]. STD. 1 4 . 9 1 . 9 2 8. 5 1. ヘ L. 催事(名張祭)において、「バランス感覚を測定しよう」. Sc. 1 4 . 0 0 . 8 7 3 . 6 0 39. Mean 3. [ c m ]. 3 . 測定結果. Openedeyes. [ c m2 J [ c m. 2 ]. 1 ]. 1 9 . 5. Closedeyes. Sc. Sr L/Sc Vm Vmax. Mean 4 4.4 0 . 8 5 4 . 3 5 52. 4. 1. 48. 1 9 . 9. Max.. 137 1 4 . 1 116. 9 . 6 9. 4 . 5 6. 7 1 . 3. M i n .. 1 5 . 6 0 . 0 9 0. 41. 173. 0 . 5 2. 4 . 3 2. 0 . 6 9. 1 1 . 8. . 1 8 9 STD. 20.6 1 . 0 3 1 7 . 4. ---'-----. [ c m ]. [ c m2 J [ c m2 J [ c m -1]. [ c m/ s ] [ c m/ s ]. Sc: Ar e aofsway(Meanc i r c 1e )， (Symbols L:Locusl e n g t h，. 各評価指標値の分析結果について述べる。. S r: Ar e ao fsway( R e c t a n g u l a r )，. L lSc: Locusl e n g t hp e ru n i ta r e a，. 3. 1 醇価指標の計算結果 i g.2に示す。 1 0代後半から 20代被験者の年齢分布を F. 後半の女性と、 20代後半から 30代前半の男性の被験者数. - 25-. Vm:Meani n s t a n t a n e o u ss p e e d， Vmax:Maximumi n s t a n t a n e o u ss p e e d ).

(4) 4. おわりに. I n c r e a s eo fL o c u sl e n g t h. 3歳から 79歳までの老若男女 212名について、直立姿. 40. 勢における 30秒間の重心動揺の測定を行い、車酔いの定. 8. 30. 量的評価法に関する研究に資するための基礎データを得. 由. 包20. た。そして、平常時の参考値とするため、当該データを基. p 4. 10. に重心動揺長、重心動揺面積、単位面積長、瞬間速度など. O. 〆yyρyyjpyjpyyyy/ヤ. を求めた。主な測定結果(全被験者の平均) として、. Vari 姐 o nfromopenedey ，田 t oCI 伺 e dey 四[%]. ①重心動揺軌跡長:. 3Comparisonofd i f f e r e n te y e sc o n d i t i o n F i g.. 開眼時約 34cm (a今1 5 )、同閉眼時約 44cm (a王子 21 ) ②重心動揺面積 :. これに対し、動揺中心からの各時刻における距離の平均. (前後左右の最大動揺幅による矩形面積). を半径とした円面積、つまり、揺れの大きさは、平均値で. 2 2 開眼時平均 3. 6cm ( σ 今8 . 5 )、閉眼時 4. 4cm ( σ 今9 . 0 ). 見ると、開眼と閉眼でほとんど差がない。一方で、最大の. (動揺の中心からの平均距離を半径とする円面積). 揺れ範囲を反映した矩形面積では、閉眼の方が大きな値と. 2 2 開眼時平均 0. 9cm ( σ 主1.9 )、閉眼時 0.9cm ( σ 今1.2 ). なっている。これは、目を閉じることにより、散発的に大. ③単位面積長.. きく振れるケースが生じるからではなし 1かと考えられる。. (上記円面積による計算). 単位面積長については、開眼時より閉眼時の方が 34%. 開眼時 39cm-1 ( σ. 程度大きくなっており、制御の繊細さが目を閉じることに. 与. 7 . 8 )、閉眼時 52cm-1 ( σ. 与. 1 7 ). ④瞬間速度 :. より低下することを示している。. 開眼時平均1.1 c m l s( σ 今0 . 5 )、閉眼時 1 . 5 c m l s(σξ0.7). 平均瞬間速度は開眼時約1.1 c m l s、開眼時約1.5cmlsとな. 等の値が得られた。. っており、目を閉じた方が、動きが約 36% 程度速くなって. 全体の傾向としては、開眼時に比べ、開眼時は身体動揺. いる。なお、 1cmls=36m1時で、あるから、いずれもゆっく. が不安定となることを示す値が得られた。しかし、負性傾. りした動きであることが分かる。. 向の人も存在した。. 3. 2 傾向の分析について. 今後、今回得られた測定データを基に、年齢・性別・身. 前述のように、開眼と開眼では、重心動揺長の平均に差. 長・体重等による評価指標の値やそのばらつきの傾向に違. があり、全体としては、閉眼の方が長い。そこで、個々人. いがあるかどうか、詳しく分析を進める予定である。. の開眼→開眼における変化がどのようになっているのか. 最後に、測定作業の実施について、本校機械システムコ. 観察するため、被験者毎の開眼時から開眼時における重心. ース 5年の福田君、岩崎君、佐治君、塩崎君、藤井君、児. 動揺長の増加量を、開眼時の値を 100%として表し、変化. 玉君、尾藤君、佐藤君、泉君、竹内君、安原君、下川君、. i g . 3に示す。割合別に該当する人数を集計した結果を F. 北村君、楠本君らの協力に感謝いたします。. この結果を見ると、実は殆ど変化がない被験者の他、値が減少している被験者もあることが分かる。即ち、全被験. 参考文献. 者が、同傾向を持つのではなく、人により、減少・増加と. 1 ) 日本工業規格. いう基本的な傾向も異なることが分かる。したがって、今. n sT1190重心動揺計.. 2 ) 古田真司:小学生のストレスの変化が重心動揺に及ぼ. 回の全体の平均値は、貴重な参考情報とはなるものの、常. . 15 3 す影響，愛知教育大学研究報告教育科学編 Vo. に全ての人に対して一定傾向と判断することは適切では. ( 2 0 0 4 )， p p . 5 3 5 8 .. ないことがわかる。. 3 ) 細田龍介:乗り物酔いの発症機構解明へのアプローチ，. そこで、より詳しい傾向分析を行い、被験者を傾向毎の. 関西造船協会らん第 20号 ( 1 9 9 3 )， p p . 7 1 6 .. 類型に分類することができれば、直接比較に適した、より. 4 ) 望月，峯島:重心動揺計を用いた姿勢安定度評価指標. 有用な情報が得られると考えられる。. の信頼性および妥当性，理学療法学，Vo . 127， NO. 6( 2 0 0 0 )，. 今回の測定では、年齢、性別の他、身長、体重も記録さ. p p . 1 9 9 2 0 3 .. れている。今後、こうした要素別にデータを分類整理し、. 5 )竹内，岩谷，山本 :複素フーリエ変換を利用した重心. 分析を進めて、類型別データとしてまとめることが可能か. 位置のゆらぎ解析，第 1 7回高専シンポジウム i n熊本. 検討を行う予定である。そして、より使い易い形の参考デ. 2 0 1 2 ) . 講演要旨集， SD・03(. ータ値を求めてゆきたいと考えている。. ハhu. nノ臼.

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