生体力学的分析と歩行力学

生体力学的分析は、姿勢と運動中の身体の力と動きを研究するものであり、歩行力学はこれを歩行に応用します。義肢装具学においては、義肢装具が関節の動き、筋肉の要求、および歩行周期全体にわたって肢を通過する力をどのように変化させるかを理解するための枠組みを提供し、義肢装具の性能を評価するために使用されるモーションキャプチャやフォースプレートなどの測定ツールを提供します。

Definition

生体力学的分析と歩行力学は、ヒトの運動、特に歩行の運動学（動き）と動力学（力）の研究であり、歩行周期のフェーズとそれらを測定するために使用される方法を含み、義肢装具が身体とどのように相互作用するかを理解するために応用されます。

Scope

このトピックでは、歩行周期、それを記述するために使用される運動学的および動力学的量、ならびに義肢装具に関連する歩行および生体力学的分析の計測について紹介します。これは概念と方法に関する参照的な記述であり、個人の評価または治療のための臨床プロトコルではありません。

Core questions

• 歩行周期のフェーズと、それらを定義するイベントは何ですか？
• 歩行を記述する運動学的および動力学的量は何ですか？
• 義肢装具は歩行力学をどのように変化させますか？
• 歩行および生体力学的変数を測定するためにどのような機器が使用されますか？

Key concepts

• 歩行周期（立脚相と遊脚相）
• 運動学（関節角度、動き）
• 動力学（関節モーメント、床反力）
• 時空間パラメータ（ケイデンス、歩幅、速度）
• エネルギー貯蔵と返還
• モーションキャプチャとフォースプレート
• 歩行のエネルギーコスト

Mechanisms

歩行は、立脚相と遊脚相に分けられる繰り返しの歩行周期として記述され、初期接地やつま先離れなどのイベントが移行を示します。運動学は関節がどのように動くかを記録し、動力学はその動きの背後にある力とモーメントを記録します。これにはフォースプレートによって測定される床反力が含まれます。計測されたモーションキャプチャ、フォースプレート、そして時には筋電図がこれらの変数を定量化します。肢のセグメントまたは関節が義肢装具によって置換または支持されると、力学が変化します。義肢装具は荷重がどのように伝達され、エネルギーがどのように吸収または返還されるかを決定するため、分析では義肢装具の影響を受けた歩行を正常なパターンと比較して、性能と代償を特徴付けます。

Clinical relevance

生体力学的および歩行分析は、研究および実践において義肢装具がどのように評価および比較されるかの基礎となり、義肢装具が歩行にどのように影響するかを記述するための語彙を提供します。この項目は、概念と測定方法に関する記述的な参照資料であり、個人の診断または治療手順を構成するものではありません。

Evidence & guidelines

エビデンスは、運動学、動力学、およびインターフェースの負荷に関する生体力学的一次研究と、義肢装具の特性と機能を関連付けようとするシステマティックレビューを組み合わせています。van der Lindeら（2004）によるシステマティックレビューでは、研究方法の異質性がコンポーネントレベルでの確固たる結論を困難にしていることが判明し、標準化された歩行分析方法の重要性が強調されました。

History

ヒトの運動の定量的研究は、19世紀のクロノフォトグラフィーと初期の力測定から、計測された歩行研究室へと発展しました。ジャクリーン・ペリーの研究は、臨床歩行分析を広く使用される枠組みに統合し、20世紀後半以降の光学式モーションキャプチャ、フォースプレート、および計算モデリングの普及により、義肢装具歩行の詳細な生体力学的評価が研究現場で日常的に行われるようになりました。

Seminal works

• perry-1992
• van-der-linde-2004

Frequently asked questions

歩行周期とは何ですか？

歩行周期とは、単一の肢における歩行イベントの完全な一連のシーケンスであり、慣習的に立脚相（足が地面についているとき）と遊脚相（足が地面についていないとき）に分けられ、初期接地やつま先離れなどのイベントによって区切られます。

研究室では歩行はどのように測定されますか？

歩行は一般的に、マーカーを追跡して運動学を記録する光学式モーションキャプチャカメラ、動力学のための床反力を記録するフォースプレート、そして時には筋活動を記録する筋電図を用いて測定されます。