高齢者でノルディックウォーキング歩行や姿勢の評価のための適切なモーションキャプチャ技術を実証

サマリー

目的は、ノルディックウォーキングの歩行と姿勢分析のためのデータ収集技術の最適な使用を実証することでした。加速度計は、6分間歩行テストのような長い期間の分析（ すなわち繰り返しサイクル）のために使用されるべきである一方で、三次元モーションキャプチャは、短時間の分析（ すなわち、単一の歩行サイクル）の間に使用されるべきです。

要約

ノルディックウォーキング（NW）は、近年では、運動の安全かつ簡単な形になっており、この歩行パターンを研究中で、様々なデータ収集技術は、陽性と陰性とのそれぞれを使用されています。目的は、高齢者の歩行姿勢にNWの効果を決定するために、両方の短期および長期分析における異なるデータ収集システムの最適な使用を決定することでした。 NWと通常の歩行時の歩行や姿勢は、17の健康な高齢者（69±7.3歳）で評価しました。参加者は、6分間歩行試験（6MWT）の2件の試験（極（WP）との1と極（NP）なし1）と5メートル徒歩（3 WPと3 NP）の6件の試験を行いました。動きは、空間 - 時間、運動学、および動力学的パラメータを定量化するために、二つのシステム、6センサー加速度計システム及び8-カメラ3次元モーションキャプチャシステムを用いて記録しました。

両方のシステムでは、参加者が増加した歩幅とダブルサポートとdecreasを実証しましたNPと比較して、ED歩行速度、ケイデンスWP（P <0.05）。また、モーションキャプチャで、より大きな単一の支持時間WP（P <0.05）が見出されました。 3-Dのキャプチャでは、より小さなヒップ発電および力のモーメントは1にわたって評価NPに比べ踵接地と踵接地、事前にスイングし、端末スイングWPでのプリスイングだけでなく、より小さな膝電力吸収で発見されましたサイクル（P <0.05）。また、WPは歩行周期（P <0.05）の中期スタンスで踵接地とより大きなモーメントとともに、端末スイング時の力の小さい瞬間をもたらしました。変更は、姿勢が見つかりませんでした。

NWは、高齢者における正常な歩行パターンを促進するために適切であるように思われます。加速度計システムは、主に、6MWT時などに、より長い期間の分析を必要とするインスタンスに採用されるべきである一方で、三次元モーションキャプチャは、主に、短時間の歩行分析（ すなわち、単一の歩行サイクル）の間に使用されるべきです。

概要

ノルディックウォーキング（NW）は、特別に設計された極^1を使用してフィットネスウォーキングの簡単かつ安全な形とみなされています。極が姿勢を改善し、下肢の関節のストレスを低減し、安定性を追加して提供することが示唆されます。しかし、限られたまたは矛盾する証拠は、関節荷重と姿勢のアライメントに関して存在します。一方、Schwameder ら ^2、ウィルソンら ^3、および小泉ら動対策および/ ​​またはそのポールウォーキング研究と地面反、圧縮、および剪断力の減少で⁴レポートの改善。一方、ブレーキ/推進力と力のモーメントの観点から動対策と増加し、関節の負荷を減少はらハンセンら ^5、Stief ら ^6、及びハーゲンによって報告されている^。7一方、ポールウォーキング。さらに、改良された姿勢のアライメントのクレームはentirelを行っているように見えますここまでの科学的研究によってサポートされていないのy。

歩行パターン、さまざまな方法や機器で見つかった矛盾する結果と同様に、同様の研究のこの行に使用されています。いくつかの研究は十分に歩行を評価するために、すべてのシステムに組み込まれたフォースプレートを用いて3次元モーションキャプチャシステム^4,6およびディジタルビデオカメラ^2,5を 、使用しています。さらに一方で、他の研究はelectrogoniometry ^7、電^（EMG）8の使用を含む北欧のポーリング歩行を評価する他の手段を採用しており、ひずみゲージは、極^2,9に取り付けられました。このプロトコルで利用される技術では、それは、短期間かつ単一の歩容周期に、より焦点を当ててきた代替技術の上に個々の北欧ポーリング歩容のより適切な表現（ すなわち繰り返し歩容周期）を実証することができるという特定の利点を提供します。また、この方法は使用しています加速度計は、この点にまばらにノルディックウォーキング研究で使用されている有効なツール。特に短期および長期の歩行のために、このプロトコルで概説したように、個々の研究プロジェクトの目的によっては、このプロトコルの適用は、状況に適切であり得ます。時空（ 例えば歩幅、歩行速度、 等 ）、動（運動の例えば範囲）、および運動を（ 例えば力：モーションキャプチャと加速度計の両方を含む歩行特性の多様性を得るのに適していることに注意することが重要です、電力出力、 など ）のパラメータ。

そして、機器のこれらのさまざまな部分の使用にもかかわらず、唯一の短時間の歩行事象（ すなわち、単一の歩行周期）は最高の長い持続時間の歩行（ すなわち繰り返し歩容周期）を評価する点で質問を残して、評価されています。したがって、この技術の開発と利用のための理論的根拠は、私に基づいています北欧のポーリング歩容の全体像を形作るのmportance。

この研究の目的は、二倍でした。まず、主な目標は、短期および長期の両方の期間にわたって歩行姿勢の評価の両方の加速度計システム及び3次元モーションキャプチャシステムを使用することを決定し、実証することです。第二に、目標は、時間的・空間的および動力学的対策だけでなく、高齢者の姿勢のアライメントを含め歩行パターンに関するノルディックウォーキングポールの全体的な効果を決定することです。現在までに、最小限の研究は、高齢者NWに焦点を当てていると発表されているもので、関数（ すなわち強さ、バランス、柔軟性が）主要アウトカム変数を表現しています。そのため、測定可能な歩行変数にポールを歩くの役割をに関する知識が必要とされ、私たちの年齢として極は私たちの歩行パターンに再生することができますどのように洞察力を提供することができます。

プロトコル

この研究は、オタワ大学の研究倫理委員会のガイドラインに従って行われました。

1.スクリーニング手順

1. アクティブ、地域在住高齢者のグループを募集するために、コミュニティセンターや公共施設でのローカルエリアを歩いグループとポストの募集ポスターにサイドショーのプレゼンテーションを提供します。
2. 初診時には、まず、参加者を迎える実験室にそれらを導入し、それらを適切な服装（ すなわちショートパンツ、Tシャツ、ランニングシューズ）に変更する時間を提供します。準備ができたら、書面によるインフォームドコンセントを得る、綿密な研究の説明と、各参加者を提供し、様々なアンケートを用いた研究の適格性のために、各個人をスクリーニングします。
   注：選択基準が含まれています：年齢の55から80年、ノルディックウォーキング（NW）、ノー神経学的状態、無認知機能障害、無心臓の状態、ない以前の傷害または手術に影響歩行および上部に初心者四肢の動き、そして自力歩行能力。
   1. 参加者は、年齢を確認するために、一般的な健康と身体活動アンケートと身体活動の準備アンケート（PAR-Q）を完成持って、活動レベル、既存の神経学的状態、および簡単に心臓の健康状態を評価します。
   2. 次に、彼らは（アッシュバーンらから適応^。10）自己申告姿勢の安定性を完了し、アンケートに落ちる該当する場合は、秋の有病率を決定する必要があります。最後に、30のうち26の最小スコアを構成する、軽度認知障害¹¹を制御するために、各被験者にモントリオール認知評価（MOCA）を完成。

2.ポールセットアップとノルディックウォーキング指導

1. 極のセットで、各参加者を提供し、その高さを基準に最適な長さに極を調整する方法でそれらを指示します。調整は約6に対応していることを確認します個人の身長の5％。
   1. ポール調整に関する次の命令で、各参加者を提供します。 、背の高いスタンド、参加者に依頼する参加者はつま先の前でポールチップを置く必要があり、次の身体に肘と前腕を配置するために、参加者に指示し、肘はおおよそ90°をなすようにポールを長くするために、参加者に依頼体の横の角度。最後に、安全に後方極と角度ブートのヒントを締めます。
2. 参加者に処理する情報量を最小化し、技術¹²の完全な理解を確実にするために、以下の4つの基本的な手順を指示します。命令と技術のその後の練習のために約30分を充てます。
   注：ノルディックウォーキングの命令は、認定ノルディックポールウォーキングインストラクターによって与えられることになっています。
   1. リストストラップを固定する前に、腰の後ろに、その極を配置するために、参加者に指示し、堂々と立つ。背が高く、肩の力を抜き、その胸に立つよう、参加者に依頼します。
      注：これはノルディックウォーキングのために必要な直立体の姿勢の理解を得るために行われている参加者に説明してください。
   2. 各参加者はリストストラップを固定している、その背後にあるポール先端を配置し、その両側に自分の腕をリラックス。 （ すなわち 、ハンドルをつかんではない）オープン手を維持しながら、約100メートルのための最小限の腕の振りで歩い開始する対象を指示します。
      注：この段階では、極は単に参加者の後ろに末尾されています。
   3. まだ開いて手を維持し、その背後に極をドラッグしながら、より速く歩い開始する参加者に指示します。彼らが誰かの手を振るしようとしているかのように手を育てる可視化するために、参加者を確認して下さい。
      注：この段階では、目標は、歩行時の腕と脚の自然逆数とリズ​​ミカルなアクションを促進することであることを説明します。
   4. 最後に、アームが前方に揺動するように、参加者は静かにハンドルをつかみ、地面に力を適用しています。各腕の振りで、個人が少し地面からポールを持ち上げ、しっかりとその後の各ストライドでそれらを植えるように指示。
      注：この段階では、歩行の進行におけるその印加力補助を説明し、上半身の筋肉組織への耐性を提供します。

3.データ収集および試験プロトコル

1. 標準巻尺、体重計、およびキャリパーを使用して、参加者の身体測定値を取り、身長、体重、間ASIS距離、左右の脚の長さ、膝の幅、足首幅、肩のオフセット、肘幅、手首幅を含む、および手の厚さ。
   1. 巻尺を使用して、内果の中心地としてだけでなく、左と右のASIS（ すなわちとの間の距離に前部-腸骨棘（ASIS）からの距離が各脚の長さを測定</ em>の間ASIS距離）。
      1. 次に、各関節の骨の隆起（ 例えば 、顆）の間の距離を求めることにより、キャリパーを使用して、各関節の幅を測定します。最後に、それぞれ、標準巻尺やスケールを使用して参加者の身長と体重を測定します。
2. 長期間にわたって歩行パターン（ 例えば 、空間的・時間的対策）および姿勢のアライメントを評価するために、評価に有効かつ適切なテストで6分ウォークテスト（6MWT）、中にデータ収集のために加速度測定システムを使用高齢者の物理的な持久力^13。
   1. 加速度計システムの場合、それは、少なくとも6センサ、加速度（G）及びそれぞれの特定の身体セグメントの角速度（度/秒）の両方を測定するために、それらに組み込まれた加速度計とジャイロスコープとのそれぞれで構成されていることを確認します。
      1. 参加者に配置する前に、すべてのセンサがアーカンソーことを確認してくださいEが確実にそれらを同期させ、システムを較正し、最終的に正確なデータ測定値^14を中継するために、システムのドッキングステーションにドッキングされました。
   2. 調整可能なフックとループストラップを使用してセンサーを取り付け、手首、足首、腰椎（L5）とトランクにセンサーを固定し、100ヘルツの最小のサンプリングレートで収集します。
      1. センサーを配置するとき、それらはシステムのガイドラインに従って配向していることを確認してください。前方足首センサーを配置します。 （時解剖学的位置での）後方手首センサを配置します。胸骨の上のトランクセンサーを置き、L5椎骨に直接L5センサーを配置します。
         注：キネマティックデータは、無線で正確に時間同期されたデータの送信をするために使用されるアクセスポイント、これらのセンサから送信されます。
   3. 6センサーで参加者を取り付け、6MWTの2回の試行を実行するよう依頼し、極とOとの1なしね。ランダム順序効果を制御するために、これら2つの試験を割り当てます。
   4. とと極なしの両方のために、6MWTのための自己選択した速度で前後に25メートルの歩道に沿って歩いて参加者に指示します。このとき、加速度計システムとデータ収集を開始するには、「開始」をクリックしてください。
      注：ポール試験中に、そのポーリング命令を実装するために参加者に更なる指示を提供します。
3. 最後に、経路に内蔵された2つの力のプレートで100ヘルツの最低で収集3次元モーションキャプチャシステムを用いて、短時間の歩行事象を評価します。モーションキャプチャシステムとの力のプラットフォームを同期、力のプラットフォームは、データのノイズを防止するためにゼロにされていることを確認し、それらは例えば千ヘルツのために、十分なサンプリングレートで収集していることを確認してください。
   1. 最初の提供の配線を介してコンピュータにそれらを接続することにより、モーションキャプチャシステムに力プレートを同期させます会社からD。第二に、直接、モーションキャプチャシステムソフトウェア内には、キャプチャ寸法を入力することにより、ボリューム、感度、サンプリングレート、およびシステムのための任意の他の必要な情報に力プレートを「追加」することが不可欠です。
   2. フォースプレートは「ゼロ化」されていることを確認してください。二段階でこれを行う：1）適切なソフトウェア内の各フォースプレート上でクリックして、「ゼロフォースプレート」を選択し、2）力板のデータ収集ボックスに直接である「ゼロ」ボタンを押してください。
      注：モーションキャプチャシステムは、各力のプラットフォーム上での足のストライキから、左右の足の両方からの情報をリアルタイムに収集し、空間的、時間的、運動学的、および動力学的分析を可能にすることを確認してください。
4. （データ収集中に使用するキャプチャボリュームを定義することを目的とした）システムの動的なキャリブレーションを完了します。これを行うには、CAPTURを介して制御された方法で3-マーカー杖を振りますEスペース。基準点を指定し、選択し「設定した音量で4マーカーLフレームを配置することによって、0、0、0（X、Y、Zのグローバル座標系を設定するために、システムの静的キャリブレーションを実行する（ すなわち、基準点）コンピュータ・ソフトウェア内で '。
   注：動的なキャリブレーションは、後に、このモデルのために使用される39の反射マーカの3次元位置の復興を支援します。
   1. 第二の中足骨、横malleolusの複数形、踵骨、左と右ミッドシャンク、半ば腿左右の外側大腿顆、：39反射マーカー、両面テープを使用してそれらを取り付け、などの特定の解剖学的ランドマークにそれらを置くことで参加者を合わせます、ASIS、PSIS、T10、C7、すぐに戻って、鎖骨、胸骨、肩峰プロセスは、左右の半ば上腕骨、横上顆、左右の半ば前腕、内側および外側の手首、第二中手骨、前 - 外側頭、および後部側方ヘッド。
   2. その後、参加者への指示せず、システムのキャプチャボリュームを通じて極の3と3を5メートル徒歩の6件の試験を行います。ランダム順序効果のための制御にこれらの試験を割り当て、6MWTごとに同じ命令を提供します。

4.データと統計解析¹⁴

1. 6MWTの分析の間に、ターンを除去した後、厳密定常歩行を考慮するために、試験中にすべてのターンを削除し、すべての場所で​​時空対策、運動のトランク範囲（ROM）を抽出するシステムソフトウェアを使用し、全ての面でのトランク速度。
   注：これは、システム自体¹⁴によって使用されるアルゴリズムを介して、このプロトコルの間に自動的に行われます。このシステム内の必要な従属変数を抽出するための手順は以下のとおりです。
   1. 最初に収集された適切な時間スタンプ付きトライアルを選択し、「モニタデータ」をクリックして、加速度計のシステムソフトウェアを使用して、右のtrをクリックしてくださいIALS、および「CSVに変換」を選択します。これを実行した後、CSVファイルを開き、すべての6センサからのデータは、さらなる分析のためにエクスポートされていることを確認してください。
   2. 次に、再び裁判を選択し、「PDFにエクスポート」をクリックします。変数の数とPDFレポートを生成するシステムを観察します。ここからは、研究のために望まれている変数、この場合には、時空間的および運動学的措置を抽出します。
2. 3次元モーションキャプチャのために、15ミリメートルMSEとマーカの軌跡のための10ヘルツと同様にWoltringフィルタのカットオフ周波数を持つアナログデバイス用の四次ゼロ遅れバターワースフィルタを用いたフィルタすべての試験は値を予測しました。これを行うには、システムソフトウェア内の操作パイプラインに」バターワースとWoltring「フィルタリングオプションを取り付ける前述のカットオフ周波数とMSE値を選択し、「ファイル名を指定して実行」をクリックします。
   1. 内の操作パイプラインに 'ASCIIファイルにエクスポート」操作を追加します。システムとは、「ファイル名を指定して実行」を選択します。新しくエクスポートされたASCII（スプレッドシート）コンピュータにワークシートを保存します。
   2. エクスポートされたASCIIファイルを開き、各ファイル内で、足首、膝、股関節を含め、下肢の各関節のための電力出力と力（ すなわち、反応速度）の瞬間を探します。
      注：冬¹⁴で概説されるように、ワークシート内の最小と最大の機能を使用するには、単一の歩行周期の異なる段階（ 例えば A1、K1、H1 など ）に対応する上下のピークを計算します。
   3. 次に、この場合には、自動的にシステムのアルゴリズムを通って、身体測定値から計算された特定のシステムソフトウェアを使用して、時空の措置を抽出します。 、最初のシステムソフトウェアに希望裁判をインポートし、特定の変数を抽出する「イベント」を選択し、各試験の変数の平均を得るために必要な変数をクリックします。
3. Lastly、ASCIIファイルを使用して、C7のマーカーの軌跡だけでなく、骨盤/仙骨マーカーを探します。これらの軌道を使用して、両方の内側 - 外側と前後方​​向におけるこれらのマーカーと軌道の間の差として姿勢のアライメントを計算します。
4. 統計ソフトを開き、具体的な裁判をインポートします。まず、正常ためシャピロ・ウィルクス検定を使用して、データが正規分布しているかどうかを確認してください。
   1. データが正規分布とするときスキューウィルコクソンの順位検定を締結したときにと極ずに比較するために、使用はt検定をペアリング。必要な場合にホルム-Sidakの方法、複数の対比較の手順を使用します。有意水準は、p <0.05に設定されています。

結果

時空間歩容パラメータ

ノルディックウォーキングポールを持って歩くとモーションキャプチャと力のプレートを用いて評価し、歩幅た（p <0.01）、両脚支持時間（P <0.001）、および単一のサポート時間（P <0.001）がポールなしで歩行に比べて有意に長いのすべてである場合。また、歩行速度（P <0.05）が著しく遅く、ケイデンスた（p <0.001）は、高齢者でなしに比べ極とかなり小さいです。 6MWTで歩く長い期間にわたって歩行を調べ、加速度計を使用した場合また、同様の結果が長い歩幅た（p <0.001）と指摘し、二重されているサポート時間（P <0.001）と同様に大幅に遅く歩行速度（P <0.001）小さいケイデンス（p <0.001）（ 表1）。

ディスカッション

ポール使用の点で一貫性を維持することの重要性は、このプロトコル内で非常に重要です。特に、適切なポーリング手法と同様に設定し、適切な極のための適切な手順が異なる研究間で一貫性を維持するために重要です。したがって、特定のノルディックウォーキング組織のガイドラインと手順は、このようなプロトコルのために付着されるべきです。加速度計を使用する場合に加えて、特に、三軸モニターのフルボディセットの使用は、それぞれ特定の身体セグメントの加速と回転を含む、被験者の全身運動（ 例えば 、歩行や姿勢）の完全な理解を得ることが重要です。このようなシステムは、主に長期間のイベントを考慮ならびに主として定常歩行を考慮してターン数を最小限にするために比較的長い通路（ 例えば 25メートル）を使用して、このプロトコルに従ってインスタンスにおいて使用されるべきであることができます。これは特にimportaかもしれませんntのような両方の臨床と研究の設定内の6MWT ¹³として検証歩行テストを使用した場合。

さらに、モーションキャプチャシステムは、単一の歩行サ...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
ノルディックウォーキングポール	ノルディックスカナダ	ノルディックスグローバルトラベラーまたはウォーカー	代替ポールを使用できます
APDM加速度計システム	APDM	オパールシステム	代替システムを使用できます
Viconモーションキャプチャシステム	Vicon		代替システムを使用できます
キスラーフォースプラットフォーム	キスラー		代替プラットフォームを使用できます
Vicon ネクサス &ポリゴン	Vicon		データ分析に使用
14 mm 反射マーカー	Vicon		モデルによる数またはマーカー
巻尺
重量スケール
キャリパー