目 次 論 文 要 旨... 1 第 1 章 序 論 1.1. 研 究 背 景 高 齢 者 における 転 倒 脳 卒 中 患 者 における 転 倒 障 害 物 回 避 動 作 障 害 物 回 避 における

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1 茨 城 県 立 医 療 大 学 大 学 院 博 士 論 文 障 害 物 回 避 における 若 年 成 人, 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 の 動 作 特 性 についての 研 究 中 野 渉 茨 城 県 立 医 療 大 学 大 学 院 博 士 後 期 課 程 保 健 医 療 科 学 研 究 科 保 健 医 療 科 学 専 攻 2014 年 3 月

2 目 次 論 文 要 旨... 1 第 1 章 序 論 1.1. 研 究 背 景 高 齢 者 における 転 倒 脳 卒 中 患 者 における 転 倒 障 害 物 回 避 動 作 障 害 物 回 避 における 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 の 特 徴 修 士 論 文 における 知 見 研 究 の 意 義 研 究 の 枠 組 み 研 究 の 倫 理 的 配 慮 第 2 章 脳 卒 中 患 者 における 障 害 物 を 跨 ぐための 歩 幅 調 節 方 法 の 検 討 2.1. はじめに 対 象 と 方 法 対 象 装 置 測 定 手 順 分 析 方 法 統 計 解 析 結 果 考 察 小 括 第 3 章 若 年 健 常 成 人 における 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 に 与 える 影 響 の 検 討 3.1. はじめに 対 象 と 方 法 対 象 装 置 i

3 測 定 手 順 分 析 方 法 統 計 解 析 結 果 考 察 小 括 第 4 章 高 齢 者 における 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 に 与 える 影 響 の 検 討 4.1. はじめに 対 象 と 方 法 対 象 装 置 測 定 手 順 分 析 方 法 統 計 解 析 結 果 考 察 小 括 第 5 章 総 合 考 察 5.1. 高 齢 者 と 若 年 成 人 との 比 較 脳 卒 中 患 者 の 特 徴 今 後 の 展 望 結 論 謝 辞 引 用 文 献 ii

4 表 一 覧 表 1-1. 高 齢 者 と 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 への 接 触... 7 表 1-2. 若 年 成 人, 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 の 特 徴... 8 表 1-3. 歩 行 速 度, 対 象 群 ごとの 歩 幅 調 節 方 法 の 比 較 表 1-4. 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 と 実 際 の 歩 幅 調 節 方 法 表 2-1. 脳 卒 中 群 の 詳 細 表 2-2. 歩 幅 縮 小 回 数 表 2-3. Lead limb ごとの 歩 幅 調 節 方 法 表 2-4. 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 ごとの 歩 幅 調 節 方 法 表 3-1. 条 件 ごとの 歩 幅,Step time, 速 度 表 3-2. 条 件 ごとの COM ROM,COM peak velocity 表 3-3. 条 件 ごとの MDS 表 4-1. 条 件 ごとの 歩 幅,Step time, 速 度 表 4-2. 条 件 ごとの COM ROM,COM peak velocity 表 4-3. 条 件 ごとの MDS 表 5-1. 条 件 ごとの COM ROM,COM peak velocity,mds iii

5 図 一 覧 図 2-1. 歩 幅 位 置 の 定 義 と 歩 幅 調 節 の 同 定 方 法 図 2-2. 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 の 求 め 方 図 3-1. 倒 立 振 り 子 モデル 図 3-2. 測 定 環 境 図 3-3. 障 害 物 と 遂 行 すべき 歩 幅 調 節 方 法 の 出 現 図 3-4. マーカー 添 付 位 置 図 3-5. 足 部, 歩 幅 位 置 の 定 義 図 3-6. COM ROM,COM peak velocity の 例 図 3-7. MDS A/P と MDS M/L の 求 め 方 図 3-8. 条 件 ごとの 歩 幅 変 化 図 3-9. 代 表 的 な COM の 軌 跡 と COM 速 度 図 条 件 ごとの COM ROM M/L 図 条 件 ごとの COM peak velocity lateral 図 条 件 ごとの MDS A/P 図 4-1. 条 件 ごとの 歩 幅 変 化 図 4-2. 条 件 ごとの Step time 図 4-3. 条 件 ごとの COM ROM M/L 図 4-4. 条 件 ごとの COM peak velocity lateral 図 4-5. 条 件 ごとの MDS A/P 図 5-1. 高 齢 群 と 若 年 成 人 群 の Step time の 比 較 図 5-2. 高 齢 群 と 若 年 成 人 群 の MDS A/P の 比 較 図 5-3. 若 年 成 人 群, 速 度 維 持 群, 速 度 低 下 群 の Step time の 比 較 図 5-4. 若 年 成 人 群, 速 度 維 持 群, 速 度 低 下 群 の MDS A/P の 比 較 図 5-5. 高 齢 群 と 若 年 成 人 群 の COM ROM M/L の 比 較 図 5-6. 高 齢 群 と 若 年 成 人 群 の COM peak velocity M/L の 比 較 図 5-7. 健 常 高 齢 群 と 脳 卒 中 患 者 の COM ROM M/L の 比 較 図 5-8. 健 常 高 齢 群 と 脳 卒 中 患 者 の COM peak velocity lateral の 比 較 iv

6 博 士 論 文 に 関 連 する 研 究 業 績 1. 投 稿 論 文 1) 中 野 渉, 大 橋 ゆかり. 障 害 物 を 跨 ぐための 歩 幅 調 節 における 年 齢 と 歩 行 速 度 の 影 響 について. 理 学 療 法 学 (3): ) Wataru Nakano, Ryuichi Sakamoto, Yukari Ohashi. How patients with stroke adjust their step length to step over obstacles. Int J Rehabil Res. 2014; 37(1): 学 会 発 表 1) 中 野 渉, 松 永 夏 菜, 大 橋 ゆかり. 脳 卒 中 患 者 における 障 害 物 を 跨 ぐための 歩 幅 調 節 について. 第 48 回 日 本 理 学 療 法 学 術 大 会 v

7 論 文 要 旨 背 景 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 は 転 倒 頻 度 が 高 く, 転 倒 を 契 機 に 生 活 機 能 の 低 下 を 招 くことが 多 いため, 転 倒 予 防 が 重 要 な 課 題 である 高 齢 者 の 転 倒 の 過 半 数, 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 の 10-20%は 障 害 物 へのつまずきや 滑 りによって 発 生 している そ のため, 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 動 作 について 検 討 することは 重 要 であ る 歩 行 中 に 障 害 物 を 回 避 するためには 障 害 物 へ 到 達 するまでの 歩 幅 調 節 が 最 も 頻 繫 に 用 いられる 歩 幅 調 節 には 歩 幅 の 拡 大 と 縮 小 がある 一 方, 障 害 物 回 避 動 作 の 成 否 を 決 定 する 重 要 な 要 因 として 障 害 物 を 認 識 してから 避 けるまでに 利 用 可 能 な 時 間 がある 一 般 的 に, 障 害 物 を 認 識 してから 回 避 するまでに 一 歩 のみが 利 用 可 能 である 状 況 を 時 間 制 約 があるといい,2 歩 以 上 利 用 可 能 である 状 況 を 時 間 制 約 がないという 時 間 制 約 がない 場 合 では 高 齢 者 は 障 害 物 へ 接 触 することは 少 ないが, 時 間 制 約 がある 場 合 では 障 害 物 への 接 触 が 多 い 一 方 で, 脳 卒 中 患 者 で は 時 間 制 約 の 有 無 に 関 わらず 障 害 物 への 接 触 が 多 い そこで, 本 研 究 では 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 の 特 徴 を 明 らかにすることを 目 的 として 検 討 を 行 っ た 目 的 本 研 究 は 3 つの 研 究 から 構 成 されている 第 1 研 究 の 目 的 は 時 間 制 約 が ない 場 合 の 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 を 明 らかにすることである 第 2 研 究, 第 3 研 究 の 目 的 は 若 年 成 人 と 健 常 高 齢 者 において, 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 に 与 える 影 響 を 検 討 することである 方 法 第 1 研 究 では 脳 卒 中 群 12 名 ( 平 均 年 齢 67.8±8.5 歳 )と 年 齢 と 性 別 を 一 致 させた 健 常 高 齢 群 12 名 を 対 象 として, 障 害 物 跨 ぎ 課 題 を 実 施 した 障 害 物 の 手 前 の 歩 幅 を 測 定 し, 各 試 行 の 歩 幅 調 節 方 法 を 歩 幅 の 拡 大 と 縮 小 に 分 類 することで, 脳 卒 中 群 と 対 照 群 の 比 較 を 行 った 第 2 研 究 では 若 年 成 人 12 名 の 障 害 物 回 避 動 作 を 対 象 として, 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 へ 与 える 影 響 を 検 討 した 測 定 には 液 晶 モニタを 埋 め 込 んだ 直 線 歩 行 路 を 用 い, 液 晶 モニタ 上 に 仮 想 の 障 害 物 を 映 し 出 した 液 晶 モニタの 1 歩 手 前 にはマットスイッチを 設 置 した マットス イッチを 踏 むことで 液 晶 モニタ 上 に 障 害 物 が 出 現 する 条 件 を 時 間 制 約 ありとし, 歩 行 開 始 時 から 障 害 物 が 液 晶 モニタ 上 に 映 し 出 されている 条 件 を 時 間 制 約 なしと した 時 間 制 約 あり なしそれぞれの 条 件 において, 歩 幅 を 拡 大 して 障 害 物 を 回 避 する 場 合 と 縮 小 して 障 害 物 を 回 避 する 場 合 の 安 定 性 を 測 定 した 第 3 研 究 では 地 域 在 住 高 齢 者 14 名 ( 平 均 年 齢 77.1±5.7 歳 )の 障 害 物 回 避 動 作 を 対 象 として, 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 へ 与 える 影 響 を 第 2 研 究 と 同 様 の 方 法 を 用 いて 検 討 した 結 果 及 び 考 察 第 1 研 究 の 結 果, 脳 卒 中 群 は 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 では 歩 幅 の 縮 小 を 優 先 的 に 選 択 し, 非 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 では 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 することが 明 らかとなった 対 照 群 では 障 害 物 を 左 右 どちらから 跨 ぐかによって 歩 幅 調 節 方 法 に 差 はなかった 脳 卒 中 患 者 は 本 研 究 結 果 のような 方 法 を 選 択 することによって 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 安 定 性 と 正 確 性 を 高 めていることが 推 測 された 第 2 研 究 の 結 果, 時 間 制 約 がない 場 合 と 比 較 して, 時 間 制 約 がある 1

8 場 合 では 安 定 性 が 低 下 することが 分 かった さらに, 時 間 制 約 がある 場 合 では 歩 幅 調 節 方 法 によって 安 定 性 に 対 して 異 なる 影 響 があった 時 間 制 約 下 で 歩 幅 を 縮 小 して 障 害 物 を 回 避 する 場 合 では 前 方 への 安 定 性 が 低 下 した 歩 幅 を 拡 大 して 障 害 物 を 回 避 する 場 合 では, 側 方 への 安 定 性 が 低 下 した 第 3 研 究 の 結 果, 時 間 制 約 がある 場 合, 高 齢 者 は 歩 幅 を 拡 大 することによって 前 方 への 安 定 性 を 確 保 する ことができた 時 間 制 約 下 では 高 齢 者 は 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 することは, 過 去 にも 報 告 されている 本 研 究 結 果 から 高 齢 者 が 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 す るのは 前 方 への 安 定 性 を 高 めるためであると 考 えることができる 一 方, 時 間 制 約 下 で 歩 幅 を 縮 小 しなければならない 場 合, 高 齢 者 は 身 体 重 心 の 前 方 移 動 速 度 を 遅 くすることで 前 方 への 安 定 性 の 制 御 を 容 易 にしていた 前 額 面 上 での 安 定 性 に 関 しては, 時 間 制 約 下 で 歩 幅 を 拡 大 することで 側 方 への 安 定 性 が 低 下 することが 分 かった 今 後 の 課 題 本 研 究 結 果 から 健 常 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 ともに 障 害 物 を 跨 ぐため の 歩 幅 調 節 時 の 安 定 性 の 制 御 が 困 難 であることが 示 唆 された 今 後 の 課 題 は, 健 常 高 齢 者 の 障 害 物 回 避 動 作 を 改 善 するための 介 入 方 法 と 介 入 効 果 の 検 討, 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 動 作 における 安 定 性 の 詳 細 な 検 討 である 結 語 本 論 文 では 易 転 倒 性 が 報 告 されている 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 の 特 徴 について 検 討 した 健 常 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 は 障 害 物 を 避 けるための 歩 幅 調 節 による 安 定 性 への 影 響 を 最 小 化 するために 歩 幅 調 節 方 法 を 変 更 しているこ とが 明 らかになった 2

9 第 1 章 序 論 1.1. 研 究 背 景 高 齢 者 における 転 倒 転 倒 についてはいくつかの 定 義 が 提 唱 されており 1,2), 普 遍 的 で 共 通 したものは ないが,1990 年 に Gibson 3) が 発 表 した 本 人 の 意 思 からではなく, 地 面 または 低 い 面 に 身 体 が 倒 れること という 定 義 が 広 く 用 いられている 高 齢 者 における 転 倒 は 頻 繁 に 発 生 することが 報 告 されている 欧 米 諸 国 では 毎 年 65 歳 以 上 の 地 域 在 住 高 齢 者 の 約 30%が 転 倒 する 4 6) 本 邦 における 地 域 在 住 高 齢 者 の 転 倒 頻 度 は 諸 外 国 より 低 く,10~20% 程 度 である 7 9) 加 齢 とともに 転 倒 頻 度 は 増 加 し 10), 特 に 屋 内 での 転 倒 が 増 加 する 11) 施 設 入 居 中 の 高 齢 者 の 転 倒 頻 度 は 報 告 により 差 があり, 施 設 の 種 類 や 入 居 者 の 健 康 状 態 などにより 転 倒 発 生 率 が 異 なると 推 測 される 12) 高 齢 者 では 転 倒 により 生 活 機 能 が 低 下 するため, 転 倒 予 防 対 策 が 重 要 な 課 題 で ある 転 倒 のうち 約 20%で 治 療 が 必 要 となり,5%では 骨 折 が 発 生 する 大 腿 骨 頸 部 骨 折 は 約 2%の 転 倒 で 発 生 する 13) 転 倒 を 原 因 とする 骨 折 には 大 腿 骨 頸 部 骨 折, 橈 骨 遠 位 端 骨 折, 上 腕 骨 近 位 端 骨 折, 脊 椎 圧 迫 骨 折 などがある 高 齢 者 における 大 腿 骨 頸 部 骨 折 や 橈 骨 遠 位 端 骨 折 の 大 部 分 は 転 倒 を 原 因 として 引 き 起 こされる 14,15) 特 に 大 腿 骨 頸 部 骨 折 は 死 亡 率 の 増 加 や 要 介 護 状 態 への 移 行 など, 重 大 な 影 響 をもたらす 大 腿 骨 頸 部 骨 折 後 1 年 以 内 の 死 亡 率 は 高 い 16) さらに, 大 腿 骨 頸 部 骨 折 によって 身 体 機 能 は 低 下 し, 活 動 が 制 約 され, 自 立 性 や 生 活 の 質 は 低 下 す る 17) 転 倒 によって 直 接 的 に 受 傷 しなくても, 転 倒 による 恐 怖 心 から 活 動 が 制 約 される これは 転 倒 後 症 候 群 と 呼 ばれ, 再 転 倒 に 対 する 恐 怖 感 から 活 動 が 制 約 さ れ, 結 果 として 廃 用 症 候 群 へと 至 る 18,19) これらの 結 果 として, 転 倒 は 要 介 護 状 態 へ 移 行 する 原 因 となりうる 平 成 22 年 国 民 生 活 基 礎 調 査 によると, 要 支 援 者 の 12.4%, 要 介 護 者 の 9.3%が 転 倒 を 原 因 として 介 護 が 必 要 となっており,それぞれ 第 4 位 の 原 因 となっている 20) このように, 転 倒 は 高 齢 者 において 頻 繁 に 発 生 し, その 結 果 として 直 接 的, 間 接 的 に 生 活 機 能 の 低 下 を 来 たす 原 因 となる 従 って, 高 齢 者 における 生 活 機 能 を 維 持 し, 要 介 護 状 態 への 移 行 を 予 防 し, 生 活 の 質 を 維 持 するために, 高 齢 者 における 転 倒 予 防 は 非 常 に 重 要 な 課 題 である 地 域 在 住 高 齢 者 における 多 くの 転 倒 が 歩 行 中 につまずいたり, 滑 ったりするこ とによって 発 生 している Li ら 21) の 研 究 によると, 転 倒 の 47.3%は 歩 行 中 に 発 生 していた さらに, 屋 外 で 発 生 した 転 倒 の 73%はつまずきやすべりなどによって 発 生 していた Berg ら 13) は 60 歳 から 88 歳 までの 地 域 在 住 高 齢 者 を 対 象 とした 研 究 において,59%の 転 倒 がつまずきやすべりによって 発 生 していると 報 告 してい る また, 安 村 ら 7) の 研 究 によると, 屋 外 で 発 生 した 転 倒 の 61%, 屋 内 で 発 生 し た 転 倒 の 33%, 全 体 では 47%の 転 倒 が つまずいた や 滑 った ことを 原 因 と していた 3

10 転 倒 の 危 険 因 子 を 身 体 的 要 因 を 主 とする 内 的 要 因 と 生 活 環 境 要 因 を 主 とする 外 的 要 因 とに 分 類 する 方 法 がある 内 的 要 因 としては 加 齢 変 化 や 疾 病, 服 薬 状 況 な どがある 一 方 で 外 的 要 因 としては 敷 居 や 動 きやすいカーペット, 照 明 不 足 など がある 4)22) 地 域 在 住 高 齢 者 の 転 倒 の 多 くが 歩 行 中 にカーペットや 敷 居, 縁 石 な どの 障 害 物 でつまずいたり,すべったりすることなどの 外 的 要 因 により 転 倒 して いる そのため, 高 齢 者 の 障 害 物 回 避 動 作 について 検 討 することは 転 倒 予 防 のた めに 重 要 である 脳 卒 中 患 者 における 転 倒 脳 卒 中 患 者 は 転 倒 頻 度 が 高 いため, 十 分 な 転 倒 予 防 対 策 が 必 要 である 神 経 内 科 疾 患 を 対 象 としたシステマティックレビューによると, 脳 卒 中 は 転 倒 の 確 実 な 危 険 因 子 であることが 示 されている 23) そのため, 本 研 究 では 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 における 動 作 特 性 について 検 討 をした 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 頻 度 は 対 象 となる 脳 卒 中 患 者 の 機 能 レベルによって 異 なるが, 急 性 期, 回 復 期, 生 活 期 すべてにおいて 高 い 急 性 期 病 棟 での 転 倒 頻 度 は 22-25% 24,25), 回 復 期 では 25-39% 26 28), 生 活 期 では 48-73% 29,30) である 脳 卒 中 患 者 で は 転 倒 頻 度 が 高 いのみでなく, 転 倒 によって 骨 折 する 危 険 性 も 高 い これは, 脳 卒 中 患 者 の 易 転 倒 性 とともに, 骨 密 度 の 低 下 が 影 響 している 31) 大 腿 骨 頸 部 骨 折 の 発 生 率 を 調 査 した 研 究 によると, 脳 卒 中 患 者 の 大 腿 骨 頸 部 骨 折 発 生 率 は 健 常 対 照 群 と 比 較 して 倍 高 いことが 報 告 されている 32,33) 大 腿 骨 頸 部 骨 折 後 のリ ハビリテーションによって, 脳 卒 中 患 者 の 運 動 機 能 は 脳 卒 中 の 既 往 のない 高 齢 者 と 比 較 して 同 程 度 回 復 するが, 入 院 時 の 運 動 機 能 が 低 いために 退 院 時 の 運 動 機 能 は 脳 卒 中 の 既 往 のない 高 齢 者 と 比 較 して 低 い 34) 従 って, 脳 卒 中 患 者 における 大 腿 骨 頸 部 骨 折 によって, 退 院 後 の 日 常 生 活 や 自 立 性 へ 大 きな 影 響 を 及 ぼすことと なる 地 域 在 住 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 は 自 宅 内 で 歩 行 中 に 発 生 することが 多 い Hyndman ら 35) は 80%の 転 倒 は 自 宅 内 で 発 生 しており,36%が 歩 行 中 に 発 生 したことを 報 告 している Harris ら 36) は 56%の 転 倒 が 屋 内 で 発 生 しており, 屋 内 転 倒 の 62%が 自 宅 内 であったと 報 告 している さらに,51%の 転 倒 は 歩 行 中 に 発 生 していた Forster ら 29) は 歩 行 中 の 転 倒 は 全 体 の 52%を 占 めていたと 報 告 している 高 齢 者 の 転 倒 の 多 くがつまずき,すべりによって 発 生 しているが, 脳 卒 中 患 者 では 高 齢 者 と 異 なる 原 因 によって 転 倒 が 発 生 している 可 能 性 がある 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 原 因 に 関 してはバランス 消 失 が 最 も 多 く, 全 体 の 転 倒 の 30-35%を 占 めてい る 29,35) 転 倒 原 因 を 内 的 要 因 と 外 的 要 因 とで 検 討 した 研 究 では, 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 原 因 の 80%が 内 的 要 因 であったのに 対 して, 高 齢 者 の 転 倒 原 因 の 81%は 外 的 要 因 によって 発 生 していた 37) Forster ら 29) の 検 討 では 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 の 24%が 外 的 要 因 によって 発 生 していた 従 って, 地 域 在 住 脳 卒 中 患 者 は 屋 内 歩 行 中 に 転 倒 することが 多 く, 全 転 倒 の 10-20% 程 度 は 障 害 物 回 避 動 作 との 関 連 があると 考 え ることができる 4

11 脳 卒 中 患 者 では 転 倒 頻 度 は 高 く, 骨 密 度 の 低 下 によって 大 腿 骨 頸 部 骨 折 などの 重 大 な 帰 結 がもたらされることが 多 い 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 は 多 くが 屋 内 で 歩 行 中 に 発 生 することが 多 い 脳 卒 中 患 者 では 地 域 在 住 高 齢 者 と 比 較 して, 割 合 は 低 い ものの, 全 ての 転 倒 の 10-20%はつまずいたり,すべったりすることによって 発 生 していた 従 って, 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 動 作 について 検 討 することは, 転 倒 予 防 に 寄 与 する 可 能 性 がある 障 害 物 回 避 動 作 歩 行 中 に 障 害 物 を 回 避 する 場 合, 視 覚 を 用 いて 障 害 物 の 位 置 や 特 徴 を 認 識 し, 障 害 物 を 避 けるために 歩 行 パターンが 変 更 される 視 覚 に 基 づく 歩 行 の 調 節 は, Lee ら 38) の 研 究 によって 始 められた 彼 らは 幅 跳 び 選 手 の 歩 幅 調 節 について 検 討 を 行 い, 踏 み 切 り 板 に 近 づくと 歩 幅 の 変 動 が 大 きくなることを 示 した Patla 39) は 視 覚 に 基 づく 歩 行 制 御 における 研 究 の 枠 組 みを 提 示 している 提 示 された 枠 組 み に よ る と, 視 覚 に 基 づ く 歩 行 制 御 は 視 覚 情 報 に 着 目 す る 視 覚 認 知 (Visual Perception) と 歩 行 パターンの 変 化 に 着 目 する 歩 行 パターンの 調 節 (Modulation of Gait Patterns) の 2 つに 分 けられる 視 覚 認 知 はさらに 情 報 の 性 質 (Nature of Information) と サンプリングの 特 徴 (Sampling Characteristics) の 2 つに 分 類 さ れる 歩 行 パターンを 調 節 するために, 環 境 からどのような 視 覚 情 報 を 得 ている かは 情 報 の 性 質 に 関 する 課 題 であり,どのように 環 境 から 情 報 を 得 ているか は サンプリングの 特 徴 である 情 報 の 性 質 には 障 害 物 や 歩 行 路 の 特 徴 など が 含 まれている 一 方, サンプリングの 特 徴 ではサンプリングの 頻 度 や 期 間, 範 囲 などが 主 な 研 究 課 題 である 歩 行 パターンの 調 節 は 回 避 戦 略 (Avoidance Strategies) と 適 応 戦 略 (Accomodation Strategies) に 分 類 される 回 避 戦 略 は, 接 触 が 望 ましくない 場 所 を 避 けるために 実 施 される 全 ての 歩 行 パターンの 調 節 が 含 まれる 適 応 戦 略 はスロープや 階 段, 雪 道, 不 整 地 など 地 面 に 対 する 全 ての 適 応 が 含 まれる 本 研 究 では 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 方 法 を 明 らかにする ことが 目 的 である そのため, 本 研 究 では Patla が 提 示 した 視 覚 に 基 づく 歩 行 制 御 の 枠 組 みにおける 回 避 戦 略 を 取 り 扱 っている 回 避 戦 略 には 歩 幅 の 調 節, 歩 隔 の 調 節,クリアランスの 調 節, 方 向 転 換, 停 止 が 含 まれる 歩 行 中 に 障 害 物 を 認 識 した 場 合, 歩 幅 の 拡 大 や 縮 小, 歩 隔 の 拡 大 や 縮 小, 方 向 転 換 などいくつもの 方 法 を 用 いて 障 害 物 を 回 避 することが 可 能 である これらの 選 択 肢 の 中 からどのように 特 定 の 方 法 が 選 択 されるかについて 検 討 が 行 われてきた 歩 行 中 に 障 害 物 を 回 避 する 場 合 では, 障 害 物 へ 到 達 するまでの 歩 幅 調 節 が 最 も 頻 繁 に 用 いられ 40), 障 害 物 を 跨 ぐための 最 適 な 足 部 位 置 が 確 保 される 41) そして, 振 り 出 した 足 のつま 先 が 障 害 物 へ 接 触 することがないようにクリア ランスが 調 節 され, 障 害 物 が 回 避 される このように, 歩 行 中 の 障 害 物 回 避 にお いては 歩 幅 の 調 節 のような 矢 状 面 上 での 調 節 やクリアランスの 調 節 のような 水 平 面 での 調 節 が 主 に 行 われ, 歩 隔 の 調 節 のような 前 額 面 上 での 調 節 はあまり 選 択 さ れない さらに, 停 止 や 方 向 転 換 などの 回 避 戦 略 が 選 択 されることは 稀 である 5

12 Patla 42) は 障 害 物 の 高 さが 下 肢 長 と 同 じになると 方 向 転 換 が 選 択 されるが,それよ りも 低 い 場 合 では 障 害 物 を 跨 ぐことが 選 択 されることを 示 している 従 って, 日 常 生 活 で 直 面 する 障 害 物 の 多 くは 跨 ぐことによって 回 避 している 歩 行 中 に 障 害 物 を 回 避 するためには, 障 害 物 へ 到 達 するまでの 歩 幅 調 節 が 最 も 頻 繁 に 用 いられる 歩 幅 調 節 には 歩 幅 の 拡 大 と 縮 小 が 用 いられる 43) 歩 幅 の 拡 大 と 縮 小 のどちらを 選 択 するかに 関 しては, 一 定 の 法 則 があることが 示 されており, Patla ら 44) は そ の 1 つ と し て 通 常 足 部 位 置 か ら の 最 小 移 動 距 離 (Minimal displacement of the foot from its normal landing spot )を 提 案 している 歩 行 中 に 障 害 物 を 認 識 した 場 合, 視 覚 や 体 性 感 覚 に 基 づき, 定 常 歩 行 を 継 続 した 場 合 の 足 部 位 置 ( 通 常 足 部 位 置 )や 足 部 と 障 害 物 との 位 置 関 係 が 推 定 される 歩 幅 調 節 をしなく ても 障 害 物 へ 接 触 しそうにない 場 合 では, 明 らかな 歩 幅 調 節 は 発 生 しない 45) 定 常 歩 行 を 継 続 すると 障 害 物 へ 接 触 しそうな 場 合, 推 定 した 足 部 の 位 置 と 障 害 物 と の 関 係 から, 歩 幅 を 拡 大 して 障 害 物 を 避 けるのに 必 要 な 調 節 距 離 と 歩 幅 を 縮 小 し て 障 害 物 を 避 けるのに 必 要 な 調 節 距 離 が 計 算 される 例 えば, 定 常 歩 行 を 継 続 す ると 障 害 物 へ 接 触 してしまい, 歩 幅 を 拡 大 することにより 障 害 物 を 避 けるために は 10cm 歩 幅 を 拡 大 する 必 要 があり, 歩 幅 を 縮 小 することにより 障 害 物 を 避 ける ためには 20cm 歩 幅 を 縮 小 する 必 要 があるといった 予 測 である ただし, 必 ずし も~cm のように 数 値 として 予 測 されるわけではない Patla らの 通 常 足 部 位 置 か らの 最 小 移 動 距 離 は 選 択 可 能 な 回 避 戦 略 のうち, 調 節 距 離 が 最 小 の 選 択 肢 が 優 先 的 に 実 行 されることを 主 張 する 先 ほどの 例 では 歩 幅 の 拡 大 を 選 択 することによ って, 縮 小 を 選 択 するよりも 必 要 な 調 節 量 は 10cm 短 いため, 歩 幅 の 拡 大 が 優 先 的 に 選 択 される 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 は 歩 幅 調 節 方 法 を 決 定 する 重 要 な 要 素 であるが, 唯 一 の 要 素 ではない 彼 らは 一 連 の 研 究 を 通 して 44,46 48), 歩 幅 調 節 方 法 の 選 択 が, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離, 安 定 性 (Stability), 前 進 性 (Progression)の 3 つの 要 素 によって 決 定 されることを 示 した 歩 幅 調 節 方 法 の 決 定 要 因 として 安 定 性 が 含 まれるということは, 障 害 物 を 認 識 した 時 点 で 各 選 択 肢 を 遂 行 した 場 合 の 安 定 性 への 影 響 が 推 測 されていることを 意 味 している 歩 行 中 に 障 害 物 を 認 識 し, 回 避 戦 略 を 選 択 実 行 した 場 合 に,その 成 否 を 決 定 する 重 要 な 要 因 として 障 害 物 を 認 識 してから 避 けるまでに 利 用 可 能 な 時 間 がある 障 害 物 を 認 識 してから 避 けるまでに 利 用 可 能 な 時 間 が 短 い 場 合 とは, 歩 行 中 に 注 意 が 逸 れていて, 避 けるべき 障 害 物 の 直 前 までその 存 在 に 気 がつかないような 状 況 である 実 験 的 には 歩 行 路 上 に 光 を 投 影 させて 仮 想 の 障 害 物 を 出 現 させたり 43), モニタ 上 に 仮 想 の 障 害 物 を 映 したり 46),トレッドミル 歩 行 中 に 障 害 物 を 落 とした りする 49) ことによって, 障 害 物 を 認 識 してから 避 けるまでに 利 用 可 能 な 時 間 を 操 作 している このような 条 件 を 時 間 制 約 (Time constraint)があるという 時 間 制 約 の 有 無 の 定 義 は 厳 密 には 行 われていないが, 障 害 物 を 認 識 してから 1 歩 以 内 で 障 害 物 回 避 を 行 わなければならない 場 合 を 時 間 制 約 あり,2 歩 以 上 用 いることがで きる 場 合 を 時 間 制 約 なしとしていることが 多 い 46) 時 間 制 約 がある 場 合 では 障 害 物 回 避 は 困 難 となる 43) さらに, 時 間 制 約 の 有 無 は 回 避 戦 略 の 選 択 に 影 響 を 及 ぼ す 6

13 歩 幅 調 節 方 法 の 選 択 に 影 響 する 要 因 として, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離, 安 定 性, 前 進 性 の 3 点 が 示 されている 時 間 制 約 の 有 無 によってこれら 要 因 の 優 先 順 位 が 異 なることが 報 告 されている 時 間 制 約 がある 場 合 では, 迅 速 に 障 害 物 を 回 避 することが 求 められる そのため, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離, 安 定 性, 前 進 性 の 順 に 優 先 順 位 が 高 い 必 要 な 調 節 距 離 が 最 小 となる 戦 略 を 選 択 す ることによって, 筋 活 動 の 変 化 を 少 なくすることができ, 必 要 な 調 節 を 急 速 に 遂 行 することが 可 能 である 44,47,48) Weerdesteyn 49) らは 若 年 女 性 を 対 象 として 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 方 法 について 検 討 した その 結 果, 障 害 物 を 回 避 するまでに 利 用 可 能 な 時 間 が 500ms より 短 い 状 況 では, 若 年 女 性 の 障 害 物 回 避 戦 略 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 に 従 って 選 択 されることを 報 告 している 一 方 で, 時 間 制 約 がない 場 合 では 必 要 な 歩 幅 調 節 を 複 数 歩 に 分 散 することが 可 能 であり, 急 速 な 歩 幅 の 変 化 は 必 要 とされない 歩 幅 の 急 速 な 変 化 を 必 要 としな いため, 安 定 性 への 影 響 も 少 ない 従 って, 時 間 制 約 がない 場 合 では 前 進 性 の 優 先 順 位 が 最 も 高 い 46) つまり, 障 害 物 を 認 識 してから 避 けるまでに 十 分 な 時 間 が ある 場 合 では, 若 年 成 人 は 歩 幅 の 拡 大 を 選 択 する 障 害 物 回 避 における 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 の 特 徴 障 害 物 回 避 動 作 における 高 齢 者 と 脳 卒 中 患 者 の 特 徴 として, 障 害 物 回 避 動 作 の 成 否 と 歩 幅 調 節 方 法 の 2 点 について 記 述 する 高 齢 者 と 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 への 接 触 を 時 間 制 約 の 有 無 でまとめると, 表 1-1 のように 示 すことができる 障 害 物 への 接 触 に 関 する 高 齢 者 の 特 徴 は, 時 間 制 約 がある 場 合 に 障 害 物 への 接 触 が 多 いことである Chen ら 50) は 時 間 制 約 下 での 高 齢 者 の 障 害 物 への 接 触 頻 度 について 初 めて 検 討 を 行 い, 高 齢 者 では 障 害 物 へ 接 触 する 可 能 性 が 高 いと 報 告 している 表 1-1. 高 齢 者 と 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 への 接 触 時 間 制 約 高 齢 者 脳 卒 中 患 者 なし 若 年 成 人 と 同 程 度 51 54) 高 齢 者 より 多 い 55,56) あり 若 年 成 人 より 多 い 43,50,57,58) 高 齢 者 より 多 い 59) その 後 Brown ら 58),Chen 43)57) らも 同 様 の 報 告 をしている 一 方 で, 時 間 制 約 が ない 場 合 では 高 齢 者 の 障 害 物 への 接 触 は 少 ない 51 54) Galna ら 60) はシステマティ ックレビューの 結 果, 時 間 制 約 がある 場 合 では 高 齢 者 の 障 害 物 への 接 触 頻 度 は 若 年 成 人 と 比 較 して 高 いが, 時 間 制 約 がない 場 合 では 高 齢 者 と 若 年 成 人 とで 障 害 物 への 接 触 頻 度 は 変 わらないと 結 論 づけている 脳 卒 中 患 者 では 時 間 制 約 がある 場 合 のみでなく, 時 間 制 約 がない 場 合 であって 7

14 も 障 害 物 への 接 触 頻 度 は 高 い Den Otter ら 59) の 報 告 によると, 時 間 制 約 がある 場 合 での 高 齢 者 の 障 害 物 への 接 触 は 全 試 行 の 0.5%であったのに 対 して, 脳 卒 中 患 者 では 全 試 行 の 14%であり, 脳 卒 中 患 者 では 有 意 に 多 く 障 害 物 へ 接 触 していた 時 間 制 約 がない 場 合 では,Said ら 55) が 脳 卒 中 患 者 が 固 定 された 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 障 害 物 への 接 触 及 びバランス 消 失 について 報 告 している 彼 らの 報 告 によると, 脳 卒 中 患 者 24 名 中 13 名 で 障 害 物 への 接 触 及 びバランス 消 失 が 発 生 し, 全 試 行 の 8.7%であったと 報 告 している 対 照 群 の 高 齢 者 では 障 害 物 への 接 触 及 びバランス 消 失 は 認 められなかった また,Said らによるその 他 の 研 究 56)61) においても, 時 間 制 約 がない 場 合 での 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 への 接 触 が 報 告 されている このよう に, 高 齢 者 では 歩 行 中 に 十 分 に 手 前 から 障 害 物 の 存 在 に 気 が 付 いている 場 合 では 障 害 物 へ 接 触 したり,バランスを 崩 したりすることなく 障 害 物 を 回 避 することが 可 能 であるが, 注 意 がそれていたなどの 理 由 により 障 害 物 の 直 前 で 障 害 物 を 認 識 した 場 合 では 障 害 物 への 接 触 頻 度 が 高 まる さらに, 脳 卒 中 患 者 においては, 時 間 制 約 の 有 無 に 関 わらず 障 害 物 跨 ぎ 動 作 の 障 害 があると 考 えることができる 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 では 時 間 制 約 の 有 無 によって 障 害 物 回 避 動 作 の 成 否 のみで なく, 歩 幅 調 節 方 法 も 異 なるとの 報 告 がされている 若 年 成 人, 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 の 特 徴 を 表 1-2 に 示 した 時 間 制 約 がない 場 合, 高 齢 者 は 若 年 成 人 と 比 較 して 歩 幅 の 縮 小 を 選 択 することが 多 い 43) 一 方, 時 間 制 約 がある 場 合 では 高 齢 者 は 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 する Weerdesteyn 49) らは 若 年 女 性 と 高 齢 女 性 の 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 方 法 を 検 討 した 若 年 女 性 では 通 常 足 部 位 置 か らの 最 小 移 動 距 離 に 従 って 歩 幅 調 節 方 法 が 選 択 された しかし, 高 齢 女 性 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 には 従 わず, 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 したと 報 告 している さらに, 高 齢 者 が 時 間 制 約 下 で 拡 大 戦 略 を 選 択 する 理 由 としては 安 定 性 を 高 めるためであろうと 推 測 している 表 1-2. 若 年 成 人, 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 の 特 徴 時 間 制 約 若 年 成 人 高 齢 者 脳 卒 中 患 者 なし 歩 幅 の 拡 大 46) あり 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 44)49) 歩 幅 の 縮 小 ( 若 年 成 人 との 比 較 ) 43) 歩 幅 の 拡 大 ( 若 年 成 人 との 比 較 ) 49) --- 歩 幅 の 拡 大 ( 高 齢 者 との 比 較 ) 59) 脳 卒 中 患 者 に 関 しては,Den Otter 59) が 時 間 制 約 下 での 高 齢 者 と 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 について 検 討 をしている 高 齢 者 は 全 試 行 の 75%で 歩 幅 の 拡 大 を 選 択 したのに 対 して, 脳 卒 中 患 者 では 全 試 行 の 91%で 歩 幅 の 拡 大 を 選 択 していた 従 って, 脳 卒 中 患 者 は 時 間 制 約 下 では 歩 幅 の 拡 大 を 選 択 することによって 障 害 物 を 回 避 している 一 方, 脳 卒 中 患 者 は 時 間 制 約 がなくても 障 害 物 への 接 触 頻 度 が 多 8

15 いにも 関 わらず, 時 間 制 約 がない 場 合 の 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 は 明 らかにな っていない 修 士 論 文 における 知 見 歩 行 中 に 障 害 物 を 認 識 し, 障 害 物 へ 到 達 するまでに 十 分 な 時 間 が 利 用 可 能 な 場 合, 障 害 物 へ 到 達 するまでに 歩 幅 調 節 が 行 われ 40), 障 害 物 を 跨 ぐための 足 部 位 置 が 確 保 される 41) 障 害 物 へ 到 達 するまでの 歩 幅 調 節 においては, 歩 幅 の 拡 大 と 縮 小 が 用 いられる 43) Chen ら 43) は 時 間 制 約 がない 場 合, 高 齢 者 は 歩 幅 を 縮 小 する ことを 報 告 している しかし, 歩 幅 調 節 方 法 の 選 択 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 の 影 響 を 受 けるが, 彼 らの 研 究 においては 考 慮 されていない そこで, 修 士 論 文 においては 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 を 考 慮 したうえで, 高 齢 者 の 歩 幅 調 節 方 法 について 検 討 を 行 った 対 象 は 若 年 成 人 12 名, 健 常 高 齢 者 12 名 である 平 均 年 齢 はそれぞれ 24.5±3.9 歳,74.2±3.9 歳 であった 健 常 高 齢 者 は 地 域 在 住 高 齢 者 であり, 神 経 学 的 疾 患 や 歩 行 に 影 響 する 整 形 外 科 疾 患 の 既 往 はなかった 全 ての 健 常 高 齢 者 は 歩 行 や 日 常 生 活 が 自 立 していた 実 験 には 長 さ 16m, 幅 0.9m のクラフト 紙 を 添 付 した 直 線 歩 行 路 を 用 いた 歩 行 開 始 から 13m の 位 置 に 障 害 物 を 設 置 し, 歩 行 周 期 の 異 なる 相 に 障 害 物 が 位 置 す るように 歩 行 開 始 位 置 を 20cm 間 隔 で 3 箇 所 設 置 した 障 害 物 は 高 さが 1.5cm, 幅 60cm は 同 一 で, 奥 行 きが 6cm,14.7cm,25cm と 異 なる 3 種 類 の 障 害 物 を 用 いた 対 象 者 の 靴 底 踵 部 分 に 各 試 行 で 異 なった 色 のインクを 染 み 込 ませた 2cm 四 方 の スポンジを 添 付 した 歩 行 は 快 適 歩 行 と 高 速 歩 行 をそれぞれ 9 試 行, 計 18 試 行 実 施 した 対 象 者 には 各 速 度 で 歩 行 し, 普 段 行 っているように 障 害 物 を 跨 ぐよう 教 示 した 測 定 後, 記 録 されているスタンプ 跡 をもとに, 障 害 物 直 近 の 12 歩 と 跨 ぎ 幅 を 定 規 を 用 いて 0.1cm 単 位 で 測 定 した 各 試 行 で 測 定 した 障 害 物 直 近 の 12 歩 と 跨 ぎ 幅 のうち, 障 害 物 から 離 れた 7 歩 分 ( 障 害 物 より 12 歩 手 前 から 6 歩 手 前 )の 平 均 歩 幅 と 標 準 偏 差 を 算 出 した 平 均 歩 幅 ±3SD を 各 試 行 における 歩 幅 の 変 動 と 定 義 した さらに, 平 均 歩 幅 +3SD を 上 回 る 歩 幅 を 歩 幅 の 拡 大, 平 均 歩 幅 -3SD を 下 回 る 歩 幅 を 歩 幅 の 縮 小 と 定 義 した 各 試 行 において 障 害 物 直 近 の 5 歩 と 跨 ぎ 幅 に 歩 幅 の 拡 大 が 含 まれる 試 行 を 拡 大 戦 略 と 分 類 し, 障 害 物 直 近 の 5 歩 に 歩 幅 の 縮 小 が 含 まれる 試 行 を 縮 小 戦 略 と 分 類 し た 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 を 考 慮 するために, 各 試 行 において 障 害 物 の 12 歩 手 前 から 6 歩 手 前 までの 7 歩 分 の 平 均 歩 幅 を 7 歩 目 の 足 部 位 置 から 加 算 して いくことで 通 常 足 部 位 置 を 推 定 した さらに, 推 定 した 通 常 足 部 位 置 と 障 害 物 か ら 拡 大 戦 略, 縮 小 戦 略 それぞれを 遂 行 するために 必 要 な 最 小 距 離 を 算 出 し, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 と 縮 小 戦 略 の 場 合 とで 分 類 し, 実 際 の 調 節 方 法 と 比 較 した 主 な 結 果 を 表 1-3,1-4 に 示 した 表 1-3 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 9

16 を 考 慮 せずに 若 年 成 人 群 と 健 常 高 齢 群 で 実 際 に 分 類 された 歩 幅 調 節 方 法 の 比 較 で ある 快 適 歩 行 条 件, 高 速 歩 行 条 件 ともに 若 年 成 人 群 と 健 常 高 齢 群 で 選 択 した 歩 幅 調 節 方 法 が 異 なっており, 若 年 成 人 群 は 拡 大 戦 略 を 優 先 的 に 選 択 したのに 対 し て, 健 常 高 齢 群 では 縮 小 戦 略 を 優 先 的 に 選 択 した 表 1-4 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 を 考 慮 したものである 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 は,その 試 行 においては 拡 大 戦 略 を 選 択 することにより 調 節 距 離 が 短 く なることを 示 している 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合, 若 年 成 人 群 では 89.8%の 試 行 で 拡 大 戦 略 が 選 択 されたのに 対 して, 健 常 高 齢 群 では 58.7%の 試 行 で 拡 大 戦 略 が 選 択 されており, 健 常 高 齢 群 では 有 意 に 縮 小 戦 略 が 選 択 された 試 行 が 多 かった 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 縮 小 戦 略 の 場 合, 若 年 成 人 群 では 38.6%で 縮 小 戦 略 が 選 択 されたのに 対 して, 健 常 高 齢 群 では 93.2%の 試 行 で 縮 小 戦 略 が 選 択 されており, 健 常 高 齢 群 では 有 意 に 縮 小 戦 略 が 選 択 される 試 行 が 多 かった 表 1-3. 歩 行 速 度, 対 象 群 ごとの 歩 幅 調 節 方 法 の 比 較 ( 試 行 数 ) 歩 行 条 件 若 年 成 人 群 健 常 高 齢 群 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 p 値 快 適 条 件 <0.01 高 速 条 件 <0.01 χ 2 検 定 表 1-4. 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 と 実 際 の 歩 幅 調 節 方 法 ( 試 行 数 ) 通 常 足 部 位 置 から 若 年 成 人 群 健 常 高 齢 群 の 最 小 移 動 距 離 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 p 値 拡 大 戦 略 <0.01 縮 小 戦 略 <0.01 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 は,その 試 行 においては 拡 大 戦 略 を 選 択 する 方 が 調 節 距 離 が 短 いことを 示 している Fisher の 正 確 確 率 検 定 修 士 論 文 の 結 果 から 3 点 について 明 らかになった 1 点 目 は 時 間 制 約 がない 場 合 であっても, 歩 幅 調 節 方 法 の 選 択 においては 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 一 定 の 影 響 を 及 ぼしているということである 若 年 成 人 群 は 通 常 足 部 位 置 から の 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 では 全 試 行 の 89.8%で 拡 大 戦 略 を 選 択 してい る 一 方, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 縮 小 戦 略 の 場 合, 健 常 高 齢 群 は 全 試 行 の 93.2%で 縮 小 戦 略 を 選 択 していた これは, 若 年 成 人, 健 常 高 齢 者 ともに 歩 行 中 に 障 害 物 回 避 に 必 要 な 調 節 距 離 を 正 確 に 予 測 し, 予 測 に 基 づいて 歩 幅 調 節 10

17 方 法 の 選 択 が 行 われていることを 示 している 従 って, 特 定 の 対 象 群 の 歩 幅 調 節 方 法 を 実 験 的 に 検 討 する 場 合 では, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 を 考 慮 し, 測 定 環 境 を 設 定 しなければならない 2 点 目 は 若 年 成 人 は 時 間 制 約 がない 場 合, 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 するとい うことである これは Moraes ら 46) によって 既 に 報 告 がなされているが, 彼 らの 報 告 を 支 持 する 結 果 となった 3 点 目 は 健 常 高 齢 者 は 時 間 制 約 がない 場 合, 歩 幅 の 縮 小 を 優 先 的 に 選 択 すると いうことである 先 行 研 究 では 43), 障 害 物 を 認 識 してから 避 けるまでに 2 歩 以 上 が 利 用 可 能 である 場 合, 若 年 成 人 群 は 29.1%の 試 行 で, 健 常 高 齢 群 は 39.6%の 試 行 で 縮 小 戦 略 を 選 択 していた 従 って, 若 年 成 人 群 と 比 較 すると 拡 大 戦 略 を 選 択 することが 多 いという 結 論 である しかし, 彼 らの 結 果 はあくまでも 健 常 高 齢 群 は 若 年 成 人 群 との 比 較 において 縮 小 戦 略 を 選 択 するという 結 果 である 実 際 に は 健 常 高 齢 群 は 全 試 行 の 60.4%の 試 行 で 拡 大 戦 略 を 選 択 していた 一 方, 修 士 論 文 においては, 健 常 高 齢 群 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 縮 小 戦 略 の 場 合 では 93.2%の 試 行 で 縮 小 戦 略 を 選 択 した また, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 であっても 41.3%の 試 行 で 縮 小 戦 略 が 選 択 された このこと から, 健 常 高 齢 者 はより 優 先 的 に 縮 小 戦 略 を 選 択 すると 判 断 することができる 時 間 制 約 がない 場 合 でさえも, 歩 幅 調 節 方 法 の 選 択 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 の 影 響 を 受 ける その 点 では, 本 研 究 は 先 行 研 究 よりも 43) 若 年 成 人 や 健 常 高 齢 者 における 歩 幅 調 節 方 法 の 特 性 をより 示 していと 考 えられる 1.2. 研 究 の 意 義 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 における 転 倒 は 頻 繁 に 発 生 し,その 結 果 として 身 体 機 能 の 低 下 や 活 動 の 制 約, 自 立 性 や 生 活 の 質 の 低 下 などの 帰 結 がもたらされる 従 って 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 予 防 は 重 要 な 課 題 である 高 齢 者, 脳 卒 中 患 者 ともに 転 倒 の 多 くが 歩 行 中 に 発 生 している さらに, 高 齢 者 の 転 倒 の 多 くが 障 害 物 でつまずいたり,すべったりすることで 発 生 している 脳 卒 中 患 者 においても 10-20%は 障 害 物 に 関 連 した 転 倒 である 動 作 としての 障 害 物 回 避 動 作 と 実 際 の 転 倒 との 結 びつきについては 十 分 に 分 かっていないが, 脳 卒 中 患 者 を 対 象 とした 研 究 では, 障 害 物 跨 ぎ 動 作 の 障 害 と 転 倒 とが 関 連 すること が 報 告 されている 62) さらに, 高 齢 者 を 対 象 とした 研 究 では, 筋 力 トレーニン グによって 障 害 物 跨 ぎ 動 作 が 改 善 したことを 示 す 報 告 がある 63) 従 って, 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 動 作 を 理 解 し, 適 切 な 介 入 を 行 うことによって 障 害 物 跨 ぎ 動 作 を 改 善 し, 転 倒 予 防 に 寄 与 できる 可 能 性 があると 考 える 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 では 障 害 物 に 関 連 した 転 倒 が 多 く, 障 害 物 回 避 動 作 の 障 害 が 報 告 されているにも 関 わらず,その 理 解 は 十 分 に 進 んでいない 本 研 究 で 障 害 物 回 避 動 作 における 高 齢 者 や 脳 卒 中 患 者 の 特 徴 を 明 らかにすることによって, 適 切 な 介 入 や 指 導 を 行 うための 基 礎 的 な 資 料 を 提 供 できることを 期 待 している 11

18 1.3. 研 究 の 枠 組 み 表 1-2 に 健 常 高 齢 者 と 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 動 作 の 特 徴 を 示 した 修 士 論 文 においては 時 間 制 約 がない 場 合 での 健 常 高 齢 者 の 特 徴 について 明 らかにした 脳 卒 中 患 者 では 時 間 制 約 の 有 無 に 関 わらず 障 害 物 への 接 触 が 多 い しかし, 時 間 制 約 がない 場 合 における 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 については 分 かっていない そ こで, 第 2 章 では 時 間 制 約 がない 状 況 における 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 につい て 検 討 した 健 常 高 齢 者 は 時 間 制 約 がない 場 合 には 障 害 物 への 接 触 は 少 ない しかし, 時 間 制 約 がある 場 合 では 障 害 物 への 接 触 が 増 加 する 従 って, 歩 行 中 に 突 然 障 害 物 を 回 避 することは 高 齢 者 にとって 困 難 な 課 題 であると 考 えられる 時 間 制 約 がある 場 合 では 高 齢 者 は 歩 幅 を 拡 大 することで 障 害 物 を 回 避 する 高 齢 者 が 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 する 理 由 としては 安 定 性 を 高 めるためであると 推 測 がされてい る しかし, 時 間 制 約 下 での 障 害 物 回 避 時 の 安 定 性 に 関 して 検 討 した 研 究 は 少 な い そこで, 第 3 章 では 若 年 成 人 を 対 象 として, 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 へ 与 える 影 響 を 検 討 した 第 4 章 では 健 常 高 齢 者 を 対 象 として, 時 間 制 約 下 で の 歩 幅 調 節 が 安 定 性 へ 与 える 影 響 について 検 討 を 行 った 第 3 章, 第 4 章 を 通 し て, 高 齢 者 にとって 困 難 な 課 題 である 時 間 制 約 下 での 障 害 物 回 避 時 の 安 定 性 制 御 について 検 討 した 1.4. 研 究 の 倫 理 的 配 慮 本 研 究 における 実 験 研 究 は, 茨 城 県 立 医 療 大 学 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 得 て 実 施 し た( 承 認 番 号 :495 研 究 課 題 名 : 障 害 物 回 避 動 作 における 年 齢 と 疾 病 の 影 響 につ いて) また, 第 2 章 の 研 究 は 静 岡 市 立 清 水 病 院 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 得 て 実 施 し た( 承 認 番 号 :17 研 究 課 題 名 : 障 害 物 回 避 のための 歩 幅 調 節 における 脳 卒 中 の 影 響 に 関 する 研 究 ) 研 究 協 力 者 には 事 前 に 口 頭 と 書 面 により 研 究 目 的 および 内 容 を 説 明 し, 同 意 を 得 たうえで 実 施 した 12

19 第 2 章 脳 卒 中 患 者 における 障 害 物 を 跨 ぐための 歩 幅 調 節 方 法 の 検 討 2.1. はじめに 脳 卒 中 患 者 の 転 倒 頻 度 は 高 く, 転 倒 の 10-20%は 障 害 物 回 避 と 関 連 している そ のため, 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 回 避 動 作 を 理 解 することは 重 要 である 障 害 物 を 認 識 してから 障 害 物 を 跨 ぐまでの 時 間 制 約 は 障 害 物 跨 ぎ 動 作 の 成 否 に 影 響 を 与 える 従 って, 障 害 物 跨 ぎ 動 作 を 検 討 する 場 合 には 時 間 制 約 の 有 無 は 重 要 な 要 素 である 脳 卒 中 患 者 は, 時 間 制 約 がある 場 合 に 高 齢 者 と 比 較 して 歩 幅 を 拡 大 することが 報 告 されている しかし, 時 間 制 約 がない 場 合 の 歩 幅 調 節 方 法 に 関 しては 報 告 が 少 ない 脳 卒 中 患 者 は 時 間 制 約 がない 場 合 でも 障 害 物 への 接 触 頻 度 が 多 いため, 時 間 制 約 がない 場 合 の 歩 幅 調 節 方 法 について 理 解 することは 重 要 である 時 間 制 約 がない 場 合 では, 障 害 物 へ 到 達 するまでの 複 数 歩 を 用 いて 歩 幅 調 節 が 可 能 である そのため, 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 のどちら 側 から 障 害 物 を 跨 ぐか, 歩 幅 調 節 をどちら 側 で 遂 行 するかは 任 意 に 決 定 することができる なお, 以 下 では 障 害 物 を 先 に 跨 ぐ 側 の 下 肢 を Lead limb, 後 から 跨 ぐ 側 の 下 肢 を Trail limb と 記 す 脳 卒 中 患 者 における 歩 行 の 特 徴 は 非 対 称 性 であるため 64 66),Lead limb や 歩 幅 調 節 の 遂 行 が 麻 痺 側 または 非 麻 痺 側 のどちらかに 偏 ると 推 測 することができる こ れまでの 研 究 報 告 では, 時 間 制 約 がない 場 合,Lead limb の 偏 りはないことが 分 か っている 67) 一 方 で, 歩 幅 調 節 が 麻 痺 側 または 非 麻 痺 側 のどちらで 遂 行 されるか については 検 討 が 行 われていない さらに, 脳 卒 中 患 者 においては Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 と 非 麻 痺 側 の 場 合 で は 歩 幅 調 節 方 法 が 異 なる 可 能 性 がある 歩 幅 調 節 方 法 の 選 択 は 安 定 性 の 影 響 を 受 ける 47) 脳 卒 中 患 者 では Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 と 非 麻 痺 側 の 場 合 とでバラン ス 制 御 に 違 いがある 61) 従 って, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 安 定 性 を 高 めるために, 障 害 物 へ 到 達 するまでの 歩 幅 調 節 方 法 を 変 更 している 可 能 性 がある しかし, 時 間 制 約 がない 場 合 における 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 方 法 についての 検 討 は 少 ない そこで, 本 研 究 では 次 の 2 点 を 明 らかにすることを 目 的 とした (1) 脳 卒 中 患 者 は 麻 痺 側 または 非 麻 痺 側 のどちらか 一 方 で 歩 幅 調 節 をするか (2) 脳 卒 中 患 者 が 障 害 物 を 麻 痺 側 から 跨 ぐ 場 合 と 非 麻 痺 側 から 跨 ぐ 場 合 で 歩 幅 調 節 方 法 が 異 なるか 2.2. 対 象 と 方 法 対 象 研 究 協 力 者 は 脳 卒 中 群 12 名, 対 照 群 12 名 である 脳 卒 中 群 の 組 み 入 れ 基 準 は, 1) 発 症 後 12 カ 月 以 内 の 初 発 の 脳 卒 中 2) 歩 行 障 害 やバランス 障 害 に 対 する 入 院 ま たは 外 来 での 理 学 療 法 を 受 けている 3) 歩 行 補 助 具 や 装 具 使 用 の 有 無 は 問 わない 13

20 が,20m 以 上 の 自 立 歩 行 が 可 能 4) 視 野 障 害 や 半 側 空 間 無 視 がない 5) 歩 行 に 影 響 するその 他 の 疾 患 がないことである 研 究 協 力 者 は 通 所 リハビリテーションを 利 用 している 地 域 在 住 脳 卒 中 患 者 と 回 復 期 リハビリテーション 病 棟 に 入 院 する 脳 卒 中 患 者 から 募 集 した 脳 卒 中 群 には, 男 性 7 名, 女 性 5 名 が 参 加 し, 平 均 年 齢 は 67.8±8.5 歳 であった 表 2-1 に 脳 卒 中 群 の 詳 細 を 示 した 発 症 から 測 定 までの 期 間 の 中 央 値 は 99.5 日 ( )であった 対 照 群 は 脳 卒 中 群 に 対 して 年 齢 と 性 別 を 一 致 させた 整 形 外 科 疾 患 や 神 経 疾 患, 歩 行 に 影 響 する 可 能 性 のある 疾 患 を 有 する 場 合 には 対 象 から 除 外 した 男 性 7 名, 女 性 5 名, 平 均 年 齢 67.5±8.4 歳 が 研 究 に 参 加 した 表 2-1. 脳 卒 中 群 の 詳 細 対 象 者 年 齢 ( 歳 ) 性 別 障 害 名 障 害 部 位 発 症 後 ( 日 ) 歩 行 速 度 (m/s) RMI 感 覚 補 助 具 装 具 1 79 男 脳 梗 塞 右 橋 無 無 2 67 男 脳 梗 塞 左 被 殼 無 無 3 66 男 脳 梗 塞 左 MCA 無 無 4 62 女 脳 出 血 左 橋 無 無 5 58 女 脳 出 血 左 視 床 無 AFO 6 73 女 脳 梗 塞 右 橋 T 字 杖 無 7 70 男 脳 梗 塞 左 MCA T 字 杖 AFO 8 53 女 脳 出 血 左 被 殼 T 字 杖 AFO 9 71 男 脳 梗 塞 左 放 線 冠 無 無 男 脳 梗 塞 左 内 包 無 無 男 脳 梗 塞 左 LSA 無 無 女 脳 梗 塞 左 被 殼 T 字 杖 無 感 覚 の 評 価 には SIAS を 用 い, 下 肢 触 覚 と 下 肢 位 置 覚 の 合 計 点 を 示 した 6 点 が 正 常,0 点 は 感 覚 障 害 を 示 す AFO, Ankle Foot Orthosis; RMI, Rivermead Mobility Index MCA, 中 大 脳 動 脈 ; LSA, レンズ 核 線 条 体 動 脈 装 置 測 定 には 長 さ 30m, 幅 0.9m の 茶 色 のクラフト 紙 を 添 付 した 直 線 歩 行 路 を 用 い た 歩 行 路 と 区 別 しやすいように 白 く 塗 装 した 木 製 の 障 害 物 ( 高 さ 奥 行 き 幅, cm)を 歩 行 路 上 の 一 定 の 位 置 に 設 置 した 歩 行 周 期 の 異 なる 相 に 障 害 物 が 位 置 するように, 歩 行 開 始 位 置 は 20cm 間 隔 で 3 箇 所 設 定 した 疲 労 の 影 響 を 避 けるために, 歩 行 開 始 位 置 は 各 研 究 協 力 者 で 調 整 をした 本 研 究 では 障 害 物 の 跨 14

21 ぎ 幅 とその 手 前 13 歩 が 解 析 対 象 である 歩 き 始 めから 4 歩 目 以 降 で 定 常 状 態 に なる 68) との 報 告 から,3 箇 所 設 定 した 歩 行 開 始 位 置 の 中 で 最 も 障 害 物 に 近 い 歩 行 開 始 位 置 であっても, 障 害 物 を 跨 ぐまでに 少 なくとも 18 歩 は 測 定 できるように 歩 行 開 始 位 置 を 調 整 した 測 定 手 順 測 定 開 始 前 には 全 ての 研 究 協 力 者 で 身 長, 体 重, 足 長 の 計 測 と 歩 行 速 度 の 測 定 を 実 施 した 歩 行 速 度 は 16m の 歩 行 路 を 快 適 な 速 度 で 3 回 歩 行 した 際 の, 中 央 の 10m で 測 定 し,3 回 の 平 均 値 を 求 めた 脳 卒 中 群 では, 発 症 日, 病 変 部 位 を 診 療 情 報 から 収 集 した 神 経 心 理 学 的 検 査 と 診 療 記 録 より, 視 野 障 害 や 半 側 空 間 無 視 がないことを 確 認 した 日 常 生 活 における 歩 行 補 助 具, 装 具 使 用 の 有 無 を 研 究 協 力 者 から 聴 取 した 歩 行 能 力 として Rivermead Mobility Index 69), 感 覚 障 害 の 評 価 として SIAS の 下 肢 感 覚 項 目 70) を 測 定 した 測 定 課 題 は, 歩 行 路 上 を 快 適 な 速 度 で 歩 行 し, 障 害 物 を 跨 ぐことである 靴 底 踵 部 分 に 各 試 行 で 異 なった 色 のインクを 染 み 込 ませた 2cm 四 方 のスポンジを 添 付 し, 踵 接 地 位 置 を 記 録 した 各 研 究 協 力 者 は 15 試 行 の 障 害 物 跨 ぎ 試 行 を 実 施 し, 障 害 物 へ 接 触 した 場 合 には 成 功 試 行 が 15 試 行 になるまで 試 行 数 を 追 加 し た 全 ての 研 究 協 力 者 は 測 定 前 に 障 害 物 の 大 きさを 確 認 した また, 障 害 物 は 常 に 歩 行 路 の 一 定 箇 所 に 設 置 することを 伝 えた 日 常 生 活 で 実 施 している 方 法 で 障 害 物 を 跨 ぐように, いつも 歩 いている 楽 な 速 度 で 歩 き, 普 段 行 っているように 障 害 物 を 跨 いで 下 さい 障 害 物 を 跨 いだ 後 もそのままの 歩 行 を 歩 行 路 の 最 後 まで 続 けて 下 さい と 研 究 協 力 者 へ 教 示 し,どちらの 下 肢 から 障 害 物 を 跨 ぐかは 指 示 しなかった 測 定 後, 記 録 されている 踵 接 地 位 置 をもとに, 障 害 物 直 近 の 13 歩 と 跨 ぎ 幅 を 定 規 を 用 いて 0.1cm 単 位 で 測 定 した 分 析 方 法 脳 卒 中 群 の 研 究 協 力 者 が 右 片 麻 痺 である 場 合 には, 年 齢 と 性 別 を 一 致 させた 対 照 群 の 研 究 協 力 者 の 右 側 を 麻 痺 側, 左 側 を 非 麻 痺 側 と 定 義 した 脳 卒 中 群 の 研 究 協 力 者 が 左 片 麻 痺 である 場 合 には 対 応 する 対 照 群 の 研 究 協 力 者 の 右 側 を 非 麻 痺 側, 左 側 を 麻 痺 側 と 定 義 して 分 析 を 行 った 測 定 した 歩 幅 から 以 下 の 方 法 で 歩 幅 調 節 の 有 無 を 同 定 し, 歩 幅 調 節 方 法 の 分 類 を 行 った 図 2-1 に 測 定 範 囲 と 歩 幅 位 置 の 定 義 を 示 す 歩 幅 位 置 は 障 害 物 の 近 位 から 順 に Step1 から Step13 と 定 義 した Step6 から Step13 には 麻 痺 側 4 歩, 非 麻 痺 側 4 歩 の 計 8 歩 が 含 まれている 各 研 究 協 力 者 で 15 試 行 を 測 定 しているた め,15 試 行 の Step6 から Step13 に 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 60 歩 ずつが 含 まれている そこで, 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 それぞれ 60 歩 の 平 均 と 標 準 偏 差 を 算 出 した 15

22 Step13 Step6 Step4 Step2 跨 ぎ 幅 麻 痺 側 4 歩, 非 麻 痺 側 4 歩 Step5 Step3 Step1 図 2-1. 歩 幅 位 置 の 定 義 と 歩 幅 調 節 の 同 定 方 法 Step6 から Step13 には 麻 痺 側 4 歩, 非 麻 痺 側 4 歩 の 計 8 歩 が 含 まれている 各 対 象 者 で 測 定 した 15 試 行 の Step6 から Step13 に 含 まれる 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 それぞれ 60 歩 の 平 均 と 標 準 偏 差 を 算 出 した 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 それぞれの 平 均 歩 幅 ±2.5SD 内 を 各 研 究 協 力 者 における 通 常 歩 行 時 の 歩 幅 のばらつきと 定 義 し, 平 均 歩 幅 +2.5SD を 上 回 る 歩 幅 を 歩 幅 拡 大, 平 均 歩 幅 -2.5SD を 下 回 る 歩 幅 を 歩 幅 縮 小 とした 障 害 物 直 近 の 5 歩 (Step1-5)と 跨 ぎ 幅 に 歩 幅 拡 大 が 含 まれる 試 行 を 拡 大 戦 略, 障 害 物 直 近 の 5 歩 に 歩 幅 縮 小 が 含 ま れる 試 行 を 縮 小 戦 略 と 分 類 した 障 害 物 直 近 の 5 歩 と 跨 ぎ 幅 に 歩 幅 拡 大, 歩 幅 縮 小 ともに 含 まれない 試 行 は 調 節 なしと 分 類 した なお, 同 一 試 行 における 障 害 物 直 近 の 5 歩 に 歩 幅 拡 大 と 歩 幅 縮 小 が 含 まれる 試 行 は, 通 常 の 歩 幅 の 変 動 との 区 別 が 困 難 であるため, 解 析 から 除 外 した 歩 幅 調 節 方 法 の 選 択 は 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 の 影 響 を 受 ける 71) そのため, 各 試 行 で 歩 幅 調 節 が 発 生 しないと 仮 定 した 場 合 の 通 常 足 部 位 置 を 推 定 し, 拡 大 戦 略 と 縮 小 戦 略 のどちらが 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 に 適 合 する かを 求 めた( 図 2-2) 歩 幅 調 節 が 発 生 しないと 仮 定 した 場 合 の 通 常 足 部 位 置 の 推 定 は, 各 試 行 の Step6 の 足 部 位 置 から 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 それぞれの 平 均 歩 幅 を 加 算 することで 求 めた 72) 歩 幅 を 縮 小 することにより 障 害 物 への 接 触 を 避 けるた めには 推 定 したつま 先 が 障 害 物 近 位 端 より 手 前 に 位 置 する 必 要 がある 従 って, 推 定 した 足 部 のつま 先 から 障 害 物 近 位 端 までの 距 離 は 歩 幅 を 縮 小 して 障 害 物 を 避 けるために 必 要 な 最 小 調 節 距 離 であり,これを 縮 小 距 離 と 定 義 した 一 方 で, 歩 幅 を 拡 大 することにより 障 害 物 への 接 触 を 避 けるためには, 推 定 した 踵 が 障 害 物 遠 位 端 を 超 える 必 要 がある そのため, 推 定 した 踵 と 障 害 物 遠 位 端 との 距 離 は 歩 幅 を 拡 大 して 障 害 物 を 避 けるために 必 要 な 最 小 調 節 距 離 であり,これを 拡 大 距 離 と 定 義 した 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 の 分 類 には 拡 大 距 離 と 縮 小 距 離 の 差 を 用 いた 拡 大 距 離 - 縮 小 距 離 が 正 の 場 合 では 歩 幅 を 縮 小 した 方 が 必 要 な 調 節 距 離 が 短 いため, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 は 縮 小 戦 略 となる 同 様 に, 拡 大 距 離 - 縮 小 距 離 が 負 の 場 合 では 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 は 拡 大 戦 略 となる 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 と 縮 小 戦 略 16

23 の 場 合 それぞれで, 脳 卒 中 群, 対 象 群 が 拡 大 戦 略 と 縮 小 戦 略 とを 選 択 した 試 行 数 を Lead limb ごとに 算 出 した Step5 縮 小 距 離 実 際 の 足 部 位 置 拡 大 距 離 推 定 した 足 部 位 置 図 2-2. 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 の 求 め 方 Step6 の 足 部 位 置 から 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 それぞれの 平 均 歩 幅 を 加 算 することで 歩 幅 調 節 が 発 生 しないと 仮 定 した 場 合 の 通 常 足 部 位 置 を 推 定 した 推 定 したつま 先 と 障 害 物 近 位 端 ま での 距 離 を 縮 小 距 離, 推 定 した 踵 と 障 害 物 遠 位 端 までの 距 離 を 拡 大 距 離 とし, 拡 大 距 離 と 縮 小 距 離 の 差 を 求 めた 解 が 正 の 場 合 は 縮 小 戦 略, 負 の 場 合 は 拡 大 戦 略 を 選 択 すると 必 要 な 歩 幅 調 節 距 離 が 短 い 図 の 状 況 では 解 は 正 となり, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 は 縮 小 戦 略 の 場 合 となる 統 計 解 析 脳 卒 中 群, 対 照 群 の 障 害 物 への 接 触 回 数 はχ 2 検 定 を 用 いて 比 較 した Lead limb によって 障 害 物 への 接 触 回 数 が 異 なるかを 検 討 するために,Lead limb ごと の 障 害 物 への 接 触 回 数 を Fisher の 正 確 確 率 検 定 を 用 いて 比 較 した 障 害 物 直 近 の 5 歩 と 跨 ぎ 幅 において, 麻 痺 側, 非 麻 痺 側 それぞれで 発 生 した 歩 幅 縮 小 の 回 数 を Fisher の 正 確 確 率 検 定 を 用 いて 比 較 した Lead limb と 歩 幅 調 節 方 法 との 関 係 を 検 討 するために,Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 と 非 麻 痺 側 の 場 合 で 拡 大 戦 略, 縮 小 戦 略, 調 節 なしに 分 類 された 試 行 数 をχ 2 検 定 を 用 いて 比 較 した 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 と 縮 小 戦 略 の 場 合 それぞれにおいて, Lead limb と 歩 幅 調 節 方 法 との 関 係 をχ 2 検 定 を 用 いて 比 較 した 統 計 解 析 は 統 計 解 析 用 ソフトウェア SPSSversion19 と SAS9.2 を 用 い, 各 統 計 解 析 における 有 意 水 準 は 両 側 検 定 で 5% 未 満 とした 2.3. 結 果 脳 卒 中 群 の 平 均 歩 行 速 度 は 0.74±0.24m/s, 対 照 群 の 平 均 歩 行 速 度 は 1.41±0.14m/s であった 全 ての 研 究 協 力 者 は 15 試 行 の 成 功 試 行 を 完 遂 した 脳 17

24 卒 中 群 12 名 中 9 名 で 少 なくとも 1 回 は 障 害 物 へ 接 触 し, 計 28 試 行 で 障 害 物 への 接 触 があった 対 照 群 では 12 名 中 3 名 において 計 6 試 行 で 障 害 物 への 接 触 があ った χ 2 検 定 の 結 果, 対 照 群 と 比 較 して 脳 卒 中 群 では 有 意 に 障 害 物 への 接 触 回 数 が 多 かった(χ 2 (1)=13.05, p<0.01) 脳 卒 中 群 においては,Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 では 17.4%, 非 麻 痺 側 の 場 合 では 7.8%の 試 行 で 障 害 物 へ 接 触 していた 対 照 群 では Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 では 2.0%, 非 麻 痺 側 の 場 合 では 4.7%の 試 行 で 障 害 物 へ 接 触 した Fisher の 正 確 確 率 検 定 では 脳 卒 中 群, 対 照 群 ともに 障 害 物 跨 ぎ 足 と 失 敗 試 行 数 との 関 係 は 認 めなかった 脳 卒 中 群 の 9 試 行, 対 照 群 の 4 試 行 は 同 一 試 行 における 障 害 物 直 近 の 5 歩 に 歩 幅 拡 大 と 歩 幅 縮 小 が 含 まれていたため,この 後 の 解 析 からは 除 外 した 表 2-2 に 障 害 物 直 近 の 5 歩 と 跨 ぎ 幅 における 歩 幅 縮 小 回 数 を 示 した 同 一 試 行 の 複 数 歩 で 歩 幅 が 縮 小 された 場 合 は, 全 て 分 析 に 含 めている 脳 卒 中 群 において, Step1, Step3 では 麻 痺 側 と 比 較 して 非 麻 痺 側 での 歩 幅 縮 小 が 多 かった(p<0.01) 一 方 で,Step2 では 非 麻 痺 側 と 比 較 して 麻 痺 側 で 歩 幅 縮 小 が 多 かった(p<0.01) 歩 幅 拡 大 については, 全 ての 歩 幅 拡 大 の 81%が 跨 ぎ 幅 で 発 生 していたため, 解 析 は 行 わなかった 表 2-2. 歩 幅 縮 小 回 数 ( 回 数 ) 脳 卒 中 群 対 照 群 位 置 麻 痺 側 非 麻 痺 側 麻 痺 側 非 麻 痺 側 Step Step Step3 7 19* 7 5 Step2 41 # Step * 跨 ぎ 幅 Fisher の 正 確 確 率 検 定 * 麻 痺 側 と 比 較 して 有 意 に 多 い (p<0.01) # 非 麻 痺 側 と 比 較 して 有 意 に 多 い (p<0.01) 表 2-3 に 各 群 においてそれぞれ 拡 大 戦 略, 縮 小 戦 略, 調 節 なしに 分 類 された 試 行 数 を Lead limb ごとに 示 した 脳 卒 中 群 では Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 と 非 麻 痺 側 の 場 合 とで 選 択 された 歩 幅 調 節 方 法 の 偏 りに 有 意 差 があった(χ 2 (2)=17.26, p<0.01) 脳 卒 中 群 において,Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 では 非 麻 痺 側 の 場 合 と 比 較 して 縮 小 戦 略 が 選 択 されることが 多 かった(p<0.05) 一 方 で,Lead limb が 非 麻 痺 側 の 場 合 では 麻 痺 側 の 場 合 と 比 較 して 拡 大 戦 略 が 選 択 されることが 多 かった (p<0.01) 対 照 群 においては,Lead limb と 歩 幅 調 節 方 法 との 関 係 は 認 めなかっ た 18

25 表 2-3. Lead limb ごとの 歩 幅 調 節 方 法 ( 試 行 数 ) 脳 卒 中 群 対 照 群 Lead limb 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 調 節 なし 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 調 節 なし 麻 痺 側 # 21 # 非 麻 痺 側 37* χ 2 検 定 * 麻 痺 側 と 比 較 して 有 意 に 多 い (p<0.01) # 非 麻 痺 側 と 比 較 して 有 意 に 多 い (p<0.05) 表 2-4 に 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 と 縮 小 戦 略 の 場 合 それぞれで 実 際 に 選 択 された 歩 幅 調 節 方 法 を 示 した 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 では, 拡 大 戦 略 を 選 択 することによって 必 要 とする 歩 幅 調 節 距 離 が 少 ないことを 示 している 脳 卒 中 群 において, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 縮 小 戦 略 の 場 合 では,Lead limb によって 歩 幅 調 節 方 法 は 異 ならなか った しかし, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 の 場 合 では,Lead limb によって 歩 幅 調 節 方 法 が 有 意 に 異 なっていた(χ 2 (1)=13.89, p<0.01) Lead limb が 麻 痺 側 の 場 合 では, 拡 大 戦 略 を 選 択 することによって 必 要 な 歩 幅 調 節 距 離 が 短 くな るにも 関 わらず, 脳 卒 中 群 では 縮 小 戦 略 が 選 択 された(p<0.01) 対 照 群 においては, 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 が 拡 大 戦 略 であっても, 縮 小 戦 略 であっても Lead limb による 歩 幅 調 節 方 法 の 違 いはなかった 表 2-4. 通 常 足 部 位 置 からの 最 小 移 動 距 離 ごとの 歩 幅 調 節 方 法 ( 試 行 数 ) 通 常 足 部 位 置 からの 脳 卒 中 群 対 照 群 最 小 移 動 距 離 Lead limb 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 拡 大 戦 略 縮 小 戦 略 麻 痺 側 9 26 # 20 6 非 麻 痺 側 21* 麻 痺 側 非 麻 痺 側 χ 2 検 定 * 麻 痺 側 と 比 較 して 有 意 に 多 い (p<0.01) # 非 麻 痺 側 と 比 較 して 有 意 に 多 い (p<0.01) 2.4. 考 察 本 研 究 結 果 から, 脳 卒 中 患 者 は 時 間 制 約 がない 場 合 での 障 害 物 への 接 触 回 数 が 多 く, 障 害 物 跨 ぎ 動 作 の 障 害 があることが 確 認 された 本 研 究 では, 奥 行 きが 4cm, 19

26 高 さが 1cm と 比 較 的 小 さな 障 害 物 を 使 用 した また, 対 象 者 は 障 害 物 の 大 きさを 確 認 し, 障 害 物 が 歩 行 路 の 一 定 箇 所 に 設 置 してあることを 理 解 した 上 で 測 定 を 実 施 した しかし, 脳 卒 中 患 者 は 全 試 行 の 13.9%で 障 害 物 に 接 触 しており,3.2%の 試 行 で 接 触 した 対 照 群 よりも 有 意 に 障 害 物 への 接 触 が 多 かった 時 間 制 約 がない 場 合 における 脳 卒 中 患 者 の 障 害 物 跨 ぎ 動 作 の 障 害 はこれまでも 報 告 されている 55) 本 研 究 結 果 は 先 行 研 究 を 支 持 し, 脳 卒 中 患 者 は 障 害 物 の 存 在 を 認 識 している 場 合 であっても 障 害 物 へ 接 触 することが 確 認 された 本 研 究 では 脳 卒 中 患 者 は 時 間 制 約 がない 場 合 に, 麻 痺 側 と 非 麻 痺 側 のどちらを 用 いて 歩 幅 調 節 を 行 うかを 検 討 した 表 2-2 に 示 したとおり, 脳 卒 中 群 において は,Step1,Step3 では 非 麻 痺 側 での 歩 幅 縮 小 が 多 く,Step2 では 麻 痺 側 での 歩 幅 縮 小 が 多 かった このことから, 脳 卒 中 患 者 が 障 害 物 を 跨 ぐために 歩 幅 調 節 を 行 う 場 合 では, 麻 痺 側 または 非 麻 痺 側 の 一 方 で 歩 幅 調 節 を 行 うという 傾 向 はないと 判 断 することができる 脳 卒 中 患 者 が 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合, 縮 小 戦 略 が 優 先 的 に 選 択 された 歩 行 速 度 は 歩 幅 と 歩 行 率 との 積 であるため, 障 害 物 へ 到 達 するまでに 歩 幅 を 縮 小 することによって 歩 行 速 度 は 低 下 する 本 研 究 において, 研 究 協 力 者 は 歩 行 開 始 位 置 から 障 害 物 の 存 在 と 位 置 を 認 識 している そのため, 研 究 協 力 者 は 縮 小 戦 略 を 選 択 することによって, 障 害 物 へ 接 近 し, 跨 ぐまでに 徐 々に 歩 行 速 度 を 低 下 さ せることができる 表 2-2 に 歩 幅 縮 小 回 数 を 示 している 障 害 物 を 麻 痺 側 から 跨 ぐ 場 合 では,Step1/Step3/Step5 は 非 麻 痺 側,Step2/Step4 は 麻 痺 側 となる 表 2-2 を 見 て 分 かるとおり, 脳 卒 中 患 者 が 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 では,Step3 から 歩 幅 縮 小 が 開 始 されており,Step3-Step1 を 通 して 多 くの 歩 幅 縮 小 が 確 認 できる このことから, 脳 卒 中 患 者 は 複 数 歩 で 歩 幅 を 縮 小 することによって, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 歩 行 速 度 を 徐 々に 低 下 させていると 推 測 できる 障 害 物 を 跨 ぐ 際 に 歩 行 速 度 が 低 下 することで, 正 確 性 と 安 定 性 の 2 つの 観 点 に おいて 有 利 であることが 推 測 される 障 害 物 を 跨 ぐ 際 に 歩 行 速 度 が 低 下 すること で, 速 度 - 正 確 性 のトレードオフによって, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 足 部 の 正 確 性 を 確 保 することが 可 能 である Said ら 56) は, 脳 卒 中 患 者 が 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 では, 麻 痺 側 の 足 部 位 置 を 修 正 するために 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 遊 脚 時 間 を 増 加 さ せていることを 報 告 している 従 って, 歩 行 速 度 を 低 下 させることによって, 麻 痺 側 下 肢 の 制 御 における 正 確 性 を 高 めていると 考 えることができる 麻 痺 側 下 肢 が 障 害 物 へ 接 触 した 場 合 には, 麻 痺 側 足 部 を 再 度 迅 速 に 移 動 させる ことによって 支 持 基 底 面 を 再 構 築 し, 転 倒 を 防 ぐ 必 要 がある 歩 行 速 度 が 低 下 す ることによって 身 体 重 心 の 前 方 への 移 動 速 度 は 低 下 するため, 麻 痺 側 下 肢 が 障 害 物 へ 接 触 した 場 合 では 安 定 性 の 回 復 が 容 易 となる 56) そのため, 歩 行 速 度 が 低 下 することによって, 安 定 性 の 観 点 からも 利 点 があると 考 えることができる 従 っ て, 脳 卒 中 患 者 が 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合, 複 数 歩 で 歩 幅 を 縮 小 することで 徐 々に 歩 行 速 度 を 低 下 させ, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 正 確 性 と 安 定 性 を 高 めていること が 推 測 される 脳 卒 中 患 者 が 非 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 では, 歩 幅 の 拡 大 が 選 択 された 20

27 この 結 果 もまた, 安 定 性 が 影 響 をしていると 考 えられる 脳 卒 中 患 者 が 非 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 には, 麻 痺 側 下 肢 が 支 持 脚 として 安 定 性 を 維 持 しなければ ならない 先 行 研 究 において 56), 脳 卒 中 患 者 は 麻 痺 側 下 肢 を 支 持 脚 として 身 体 重 心 や 足 圧 中 心 を 制 御 することが 困 難 であると 報 告 されている 脳 卒 中 患 者 が 非 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 に 縮 小 戦 略 を 選 択 すると, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 歩 行 速 度 の 減 少 によって, 麻 痺 側 下 肢 の 片 脚 支 持 時 間 は 延 長 する 結 果 として, 安 定 性 の 維 持 は 困 難 になると 推 測 される 一 方 で, 歩 行 速 度 が 減 少 することで, 足 圧 中 心 に 対 して 身 体 重 心 を 安 定 性 の 維 持 に 必 要 な 範 囲 内 に 留 めるために 効 果 的 であると の 報 告 がある 56) 従 って, 今 後 の 研 究 においては 安 定 性 に 対 する 歩 幅 調 節 方 法 の 影 響 を 検 討 する 必 要 がある 本 研 究 では, 脳 卒 中 群 の 障 害 物 への 接 触 頻 度 は 対 照 群 よりも 多 いものの,Lead limb と 障 害 物 への 接 触 頻 度 との 関 係 はないことを 示 した 同 様 の 結 果 は 時 間 制 約 がない 場 合 55), 時 間 制 約 がある 場 合 59) ともに 報 告 がされている 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 では, 障 害 物 へ 接 触 しないように 麻 痺 側 の 正 確 な 制 御 が 要 求 される 一 方 で, 非 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 では, 麻 痺 側 下 肢 が 立 脚 肢 としてバラン ス 制 御 が 要 求 される 従 って, 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 であっても, 非 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 であっても, 麻 痺 側 下 肢 は 障 害 物 跨 ぎ 動 作 へ 関 与 する Nonnekes ら 73) は 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 障 害 が 運 動 開 始 の 遅 延 や 運 動 実 行 の 障 害 によるものか,バランス 制 御 によるものであるかを 実 験 的 に 検 討 した その 結 果, 両 者 が 脳 卒 中 患 者 の 歩 幅 調 節 障 害 に 影 響 を 及 ぼしていたと 報 告 している 従 って, 脳 卒 中 後 に 発 生 する 片 側 運 動 障 害 は, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 麻 痺 側 遊 脚 期, 立 脚 期 の 両 時 期 に 影 響 し, 脳 卒 中 患 者 における 障 害 物 跨 ぎ 動 作 を 障 害 していると 考 えられる 本 研 究 において, 時 間 制 約 がない 状 況 で 麻 痺 側 から 障 害 物 を 跨 ぐ 場 合 に, 脳 卒 中 患 者 は 歩 幅 を 縮 小 することで 障 害 物 に 対 して 歩 行 を 適 応 させていた 脳 卒 中 患 者 はこのような 方 法 を 選 択 することによって, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 正 確 性 と 安 定 性 を 高 めていると 考 えられた 一 方 で, 時 間 制 約 がある 状 況 では, 歩 幅 を 縮 小 する ことによって 安 定 性 が 損 なわれることが 報 告 がされている 74) これらの 事 実 は, 障 害 物 を 跨 ぐ 数 歩 手 前 から 障 害 物 を 認 識 することが, 安 全 な 障 害 物 跨 ぎ 動 作 にと って 有 利 に 働 くことを 示 している 2.5. 小 括 本 研 究 では,1 脳 卒 中 患 者 は 麻 痺 側 または 非 麻 痺 側 のどちらか 一 方 で 歩 幅 調 節 をするか 2 脳 卒 中 患 者 が 障 害 物 を 麻 痺 側 から 跨 ぐ 場 合 と 非 麻 痺 側 から 跨 ぐ 場 合 で 歩 幅 調 節 方 法 が 異 なるかについて 検 討 を 行 った 本 研 究 結 果 から, 脳 卒 中 患 者 が 障 害 物 を 跨 ぐために 歩 幅 調 節 を 行 う 場 合 では, 麻 痺 側 または 非 麻 痺 側 のどちらか 一 方 で 歩 幅 調 節 を 行 うという 傾 向 はないと 判 断 することができた 時 間 制 約 がない 状 況 において 脳 卒 中 患 者 が 障 害 物 を 回 避 する 場 合,Lead limb が 21

28 麻 痺 側 では 歩 幅 の 縮 小 が, 非 麻 痺 側 の 場 合 では 歩 幅 の 拡 大 が 優 先 的 に 選 択 される ことが 分 かった このような 方 法 を 選 択 することによって, 脳 卒 中 患 者 は 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 安 定 性 と 正 確 性 を 高 めていることが 推 測 された 22

29 第 3 章 若 年 健 常 成 人 における 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 に 与 える 影 響 の 検 討 3.1. はじめに 障 害 物 を 認 識 してから 障 害 物 を 跨 ぐまでの 時 間 制 約 は 障 害 物 回 避 の 成 否 に 影 響 を 与 える 時 間 制 約 下 では 高 齢 者 の 障 害 物 への 接 触 頻 度 は 高 い 従 って, 歩 行 中 に 突 然 歩 幅 を 調 節 することは 高 齢 者 にとっては 困 難 な 課 題 であると 考 えられる 障 害 物 を 回 避 するために 高 齢 者 が 時 間 制 約 下 で 歩 幅 調 節 をする 場 合, 若 年 成 人 と 比 較 して 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 する 高 齢 者 が 歩 幅 の 拡 大 を 優 先 的 に 選 択 する 理 由 は 安 定 性 を 高 めるためであると 推 測 されているが, 時 間 制 約 下 で 歩 幅 調 節 をする 際 の 安 定 性 を 検 討 した 報 告 は 少 ない そこで, 本 研 究 においては 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 へ 与 える 影 響 を 明 らかにすることを 目 的 とした 若 年 成 人 を 対 象 として, 時 間 制 約 下 での 歩 幅 調 節 が 安 定 性 に 与 える 影 響 を 明 らかにすることで, 課 題 の 特 性 が 明 らかになり, 高 齢 者 を 対 象 とした 研 究 をする 上 での 基 礎 的 な 資 料 となると 考 えられる 本 研 究 では 安 定 性 を 2 つの 指 標 を 用 いて 測 定 した 1 つは 身 体 重 心 (Center of Mass, 以 下 COM)の 移 動 距 離 と 最 大 速 度 である 障 害 物 を 回 避 する 際 に 身 体 セグ メントは 大 きく, 速 く 動 く 75) その 結 果 として COM も 大 きく, 速 く 動 き, 結 果 として 安 定 性 が 低 下 する 特 に, 時 間 制 約 がある 場 合 では 身 体 セグメントの 急 速 な 運 動 が 発 生 するため, 安 定 性 は 大 きな 影 響 を 受 けることが 予 測 される そのた め,COM の 移 動 距 離 と 最 大 速 度 を 安 定 性 の 指 標 として 測 定 した もう 1 つの 指 標 は 支 持 基 底 面 と COM との 関 係 である COM と 足 圧 中 心 (Center of Pressure, 以 下 COP)との 距 離 は 姿 勢 制 御 における 安 定 性 の 指 標 として 用 いるこ とができる 76) これは 立 位 のような 静 的 な 姿 勢 制 御 においては 安 定 性 を 示 す 有 効 な 指 標 である しかし, 歩 行 や 障 害 物 回 避 動 作 のような 動 的 な 課 題 においては COM の 移 動 速 度 や 移 動 方 向 を 考 慮 する 必 要 がある 77) Hof ら 78) は 倒 立 振 り 子 モ デルを 用 いた 動 的 安 定 性 の 指 標 を 提 案 している 彼 らは COM の 位 置 と 速 度 から 推 定 した 倒 立 振 り 子 の 運 動 軌 跡 が,COP の 範 囲 内 に 保 たれているかどうかを 動 的 安 定 性 の 指 標 として 用 いている 図 3-1 に 倒 立 振 り 子 モデルを 示 す 78) 図 3-1 の 倒 立 振 り 子 モデルにおいて,COM が 前 方 への 速 度 を 持 つ 場 合,COM が COP を 超 えて 前 方 へ 移 動 すると 不 安 定 性 が 増 加 する Hof らは COM の 位 置 と 速 度 から COM の 運 動 範 囲 である XcoM(extrapolated center of mass)を 推 定 し,XcoM と 支 持 基 底 面 の 水 平 面 上 の 距 離 を 動 的 安 定 性 の 指 標 として 用 いている XcoM と 支 持 基 底 面 との 水 平 面 上 の 距 離 は MDS(margin of dynamic stability)と 呼 ばれる 時 間 制 約 がある 場 合 に 障 害 物 を 回 避 することによって COM が 速 く 動 くことが 予 測 される そこで, 障 害 物 を 跨 ぐ 際 の 安 定 性 を MDS を 用 いて 測 定 した 歩 行 中 の COM と 支 持 基 底 面 との 関 係 において, 単 脚 支 持 期 では COM は 支 持 基 底 面 外 に 位 置 し, 適 切 な 位 置 での 踵 接 地 によって COM は 支 持 基 底 面 内 に 位 置 して 安 定 性 が 再 構 築 さ れることとなる そのため,MDS は 初 期 接 地 において 測 定 した 安 定 性 の 回 復 に 23

30 は 2 歩 以 上 が 必 要 であるとの 報 告 があるため 42), 安 定 性 の 指 標 は 歩 幅 調 節 が 発 生 する 1 歩 と 次 の 1 歩 で 測 定 した mg l -mg COM COP 図 3-1. 倒 立 振 り 子 モデル 長 さ l, 質 量 m の 倒 立 振 り 子 である COM が 前 方 への 速 度 をもつ 場 合, 図 中 灰 色 で 示 した ように,COM の 運 動 範 囲 が COP を 超 えて 前 方 へ 移 動 すると 前 方 への 加 速 度 が 発 生 し, 不 安 定 となる COM, Center of Mass; COP, Center of Pressure 3.2. 対 象 と 方 法 対 象 研 究 協 力 者 は 平 均 年 齢 25.6±4.6 歳 の 健 常 成 人 12 名 ( 男 性 6 名, 女 性 6 名 )であ る 神 経 学 的 疾 患 や 整 形 外 科 的 疾 患 を 有 する 場 合 は 対 象 から 除 外 した 装 置 測 定 には 幅 55.6cm, 奥 行 き 41.8cm の 液 晶 モニタ(IIYAMA, ProLite E2473HDS-B) を 埋 め 込 んだ 長 さ 5.4m, 幅 0.9m の 直 線 歩 行 路 を 使 用 した( 図 3-2) 液 晶 モニタ 上 には 透 明 の 強 化 ガラスを 設 置 しているため, 液 晶 モニタを 踏 みつけて 歩 行 が 可 能 である 液 晶 モニタ 上 に 幅 39cm, 奥 行 き 10cm の 白 い 仮 想 の 障 害 物 を 映 しだした 液 晶 モニタの 手 前 にはマットスイッチ(OJIDEN, OM-CVP623, 作 動 力 >60N)を 設 置 した マットスイッチはパソコンを 通 して 液 晶 モニタと 接 続 し,マットスイッチ を 踏 みつけることで 液 晶 モニタ 上 に 障 害 物 が 投 影 されるようにした マットスイ ッチの 起 動 はパソコン 上 で 操 作 した 歩 行 路 には 黒 いゴムマットを 添 付 し, 液 晶 モニタの 背 景 も 黒 とした マットスイッチ 上 には 黒 いマットを 添 付 し, 研 究 協 力 者 が 踏 みつけた 場 合 に 滑 らないように 固 定 した 測 定 には 8 台 の 赤 外 線 カメラと 三 次 元 動 作 解 析 装 置 Vicon Nexus(Oxford, Vicon)を 用 いた 24

31 PC 進 行 方 向 y z x 図 3-2. 測 定 環 境 歩 行 路 上 には 幅 55.6cm 奥 行 き 41.8cm の 液 晶 モニタが 埋 め 込 んである 液 晶 モニタ 上 に は 強 化 ガラスを 設 置 し, 液 晶 モニタ 上 を 踏 みつけて 歩 行 が 可 能 である 液 晶 モニタの 中 央 には 幅 39cm 奥 行 き 10cm の 白 い 仮 想 の 障 害 物 が 投 影 される 障 害 物 の 手 前 には 作 動 力 >60N のマットスイッチを 設 置 した マットスイッチを 踏 みつけることで, 液 晶 モニタ 上 に 障 害 物 が 投 影 される 測 定 には 8 台 の 赤 外 線 カメラを 用 いた 測 定 手 順 左 足 から 歩 行 を 開 始 し,4 歩 目 の 右 足 が 障 害 物 の 中 央 に 位 置 するように 歩 行 開 始 位 置 を 各 研 究 協 力 者 で 調 節 した さらに 3 歩 目 の 左 足 踵 接 地 位 置 にマットスイ ッチを 設 置 した マットスイッチ 上 には 黒 いマットを 設 置 し,3 歩 目 の 踵 接 地 位 置 はマット 上 に 赤 いテープで 目 印 をつけた 歩 行 開 始 位 置 を 調 節 後,3 試 行 の 通 常 試 行 と 30 試 行 の 実 験 試 行 の 測 定 を 行 った 通 常 試 行 の 測 定 では 液 晶 モニタ 上 25

32 は 黒 の 背 景 のみで 障 害 物 は 出 現 せず, 研 究 協 力 者 には 障 害 物 は 出 現 しないことを 伝 えた 実 験 試 行 では 液 晶 モニタ 上 に 障 害 物 とともに 遂 行 すべき 調 節 方 法 を 赤 い 矢 印 にて 投 影 した 46,48) 遂 行 すべき 調 節 方 法 は 歩 幅 の 拡 大 (Long 条 件 )と 縮 小 (Short 条 件 )の 2 種 類 である( 図 3-3) 歩 行 開 始 位 置 から 研 究 協 力 者 が 通 常 の 歩 行 を 行 った 場 合,4 歩 目 の 右 足 は 障 害 物 の 中 央 に 位 置 する Long 条 件 では 4 歩 目 の 右 足 を 障 害 物 の 奥 側 へ 移 動 することで 障 害 物 を 回 避 することが 課 題 である 一 方, Short 条 件 では,4 歩 目 の 右 足 を 障 害 物 の 手 前 に 移 動 することで 障 害 物 を 回 避 する ことが 課 題 である 進 行 方 向 Long Short 図 3-3. 障 害 物 と 遂 行 すべき 歩 幅 調 節 方 法 の 出 現 測 定 開 始 前 に 4 歩 目 の 右 足 が 障 害 物 の 中 央 に 位 置 するように 歩 行 開 始 位 置 を 調 節 した 3 歩 目 の 左 踵 接 地 位 置 にマットスイッチを 設 置 した 液 晶 モニタ 上 には 障 害 物 と 遂 行 すべき 調 節 方 法 を 投 影 した 遂 行 すべき 調 節 方 法 は 矢 印 にて 示 した 図 中 左 側 が 歩 幅 の 拡 大, 右 側 が 歩 幅 の 縮 小 を 遂 行 するように 求 めている 歩 幅 の 拡 大 では 4 歩 目 の 右 足 を 障 害 物 の 奥 側 へ, 歩 幅 の 縮 小 では 手 前 側 へ 移 動 させることで 障 害 物 を 回 避 する 時 間 制 約 がある 場 合 では 3 歩 目 の 踵 接 地 でマットスイッチに 圧 がかかることで 障 害 物 と 遂 行 すべき 調 節 方 法 が 液 晶 モニ タ 上 に 投 影 される 研 究 協 力 者 は 時 間 制 約 がある 場 合 (Constraint 条 件 )とない 場 合 (Free 条 件 )の 2 条 件 で 課 題 を 遂 行 した Free 条 件 では, 歩 行 開 始 位 置 から 液 晶 モニタ 上 に 映 し 出 さ れた 障 害 物 と 遂 行 すべき 調 節 方 法 を 確 認 することができる そのため, 研 究 協 力 者 は 歩 行 開 始 から 4 歩 の 歩 幅 を 自 由 に 調 節 することが 可 能 である Free 条 件 では マットスイッチは 起 動 させなかった Constraint 条 件 においては, 歩 行 開 始 時 点 で 液 晶 モニタには 黒 の 背 景 のみが 投 影 されている 研 究 協 力 者 が 歩 行 を 開 始 して 3 歩 目 の 左 踵 接 地 で 障 害 物 と 遂 行 すべき 調 節 方 法 が 液 晶 モニタ 上 に 投 影 されるため, 研 究 協 力 者 は 4 歩 目 の 初 期 接 地 までの 1 歩 のみで 指 示 された 歩 幅 調 節 を 遂 行 しな 26

33 ければならない 従 って 実 験 条 件 は 歩 幅 調 節 方 法 (Long-Short)と 時 間 制 約 (Free- Constraint)を 組 みあわせた 4 条 件 である 実 験 条 件 はそれぞれ LF(Long-Free) 条 件, LC(Long-Constraint) 条 件,SF(Short-Free) 条 件,SC(Short-Constraint) 条 件 とした 各 条 件 で 5 試 行 の 測 定 を 行 った さらに, 歩 行 開 始 時 に 液 晶 モニタ 上 に 障 害 物 と 遂 行 すべき 調 節 方 法 が 提 示 されていないことにより, 研 究 協 力 者 が Constraint 条 件 であると 予 測 することを 避 けるために, 障 害 物 が 出 現 しないダミー 試 行 を 10 試 行 実 施 した ダミー 試 行 ではマットスイッチを 踏 みつけても 障 害 物 と 遂 行 すべき 調 節 方 法 は 液 晶 モニタ 上 に 投 影 されない この 場 合 では 通 常 の 歩 行 を 継 続 するよ うに 研 究 協 力 者 に 教 示 した ダミー 試 行 を 実 施 することによって, 歩 行 開 始 時 に 画 面 に 障 害 物 と 調 節 方 法 が 投 影 されていない 場 合,50%の 試 行 で 3 歩 目 の 左 足 踵 接 地 で 障 害 物 が 出 現 することとなる 従 って, 実 験 試 行 では 4 条 件 が 5 試 行 ずつ 計 20 試 行 とダミー 試 行 10 試 行 の 計 30 試 行 であり, 試 行 ごとにランダムに 配 置 した Constraint 条 件 においては, 障 害 物 が 出 現 することを 予 測 して 歩 幅 調 節 をす ることを 防 ぐために, 3 歩 目 の 左 踵 接 地 はマットスイッチにつけた 目 印 上 に 位 置 するように 教 示 した 研 究 協 力 者 には 障 害 物 が 出 現 するまでは 通 常 歩 行 を 行 い, 試 行 間 で 大 幅 に 歩 行 速 度 を 変 えないように 教 示 した 研 究 協 力 者 の 頭 頂, 胸 骨 上 縁 と 両 側 耳 珠 中 点, 肩 峰, 肘 関 節 中 心, 手 関 節 中 心, 第 3 中 手 指 節 関 節, 大 転 子, 膝 関 節 中 心, 外 果, 踵 骨 隆 起,つま 先 に 直 径 9.5mm の 赤 外 線 反 射 マーカーを 添 付 した( 図 3-4) 障 害 物 の 位 置 を 定 義 するために 障 害 物 の 遠 位 端 と 近 位 端 に 赤 外 線 反 射 マーカーを 1 つずつ 設 置 した サンプリング 周 波 数 は 100Hz で 測 定 を 行 った 図 3-4. マーカー 添 付 位 置 27

34 分 析 方 法 障 害 物 を 踏 みつけた 試 行 及 び 指 示 された 調 節 方 法 と 異 なる 方 法 で 障 害 物 を 回 避 した 試 行 は 失 敗 試 行 とし, 分 析 から 除 外 した 各 実 験 条 件 でそれぞれ 5 試 行 実 施 しているため, 各 条 件 における 成 功 試 行 の 平 均 値 を 代 表 値 として 用 いた 測 定 したデータに 対 しては Butterworth digital filter を 用 い, 遮 断 周 波 数 6Hz で 平 滑 化 した 本 研 究 の 分 析 対 象 は 歩 行 開 始 から 5 回 の 初 期 接 地 である( 図 3-5) 足 部 の 位 置 は 初 期 接 地 における 踵 マーカーで 定 義 し,FP(Foot Placement)1-5 と 定 義 した な お, 初 期 接 地 はスティックピクチャーで 確 認 後, 踵 もしくはつま 先 マーカーの 最 下 点 で 定 義 した さらに FP1 の 初 期 接 地 から FP2 の 初 期 接 地 までを Step1 と し, 順 に Step1-Step4 まで 定 義 した Step1-Step4 の 歩 幅,Step time, 歩 行 速 度 を 算 出 した FP1 FP2 FP3 FP4 FP5 Step1 Step2 Step3 Step4 図 3-5. 足 部, 歩 幅 位 置 の 定 義 足 部 の 位 置 は FP1-FP5 まで 定 義 した FP1 の 初 期 接 地 から FP2 の 初 期 接 地 までを Step1 と し, 順 に Step1-Step4 まで 定 義 した FP, Foot Placement 測 定 したマーカーから 阿 江 79) の 身 体 部 分 慣 性 係 数 を 用 いて COM を 算 出 した 歩 幅 調 節 時 の 安 定 性 として,Step3,Step4 の COM の 移 動 距 離 (COM ROM)および 最 大 速 度 (COM peak velocity)を 前 後, 左 右, 垂 直 方 向 それぞれで 求 めた COM ROM および COM peak velocity の 例 を 図 3-6 に 示 した COM ROM は 対 象 範 囲 に おける 最 大 値 と 最 小 値 の 差 とし,それぞれ COM ROM A/P,M/L,vertical とし た また,COM の 最 大 速 度 は COM peak velocity anterior,lateral,upward, downward の 4 方 向 における 速 度 の 最 大 値 を 求 めた 28