山本 正1,2,3, 石毛 裕1, 島谷 浩一4、長谷川4, 栗田 裕2、H.竹村1
1東京理科大学 理工学部機械工学科 野田市 2広島大学大学院工学研究科, 東広島, 日本, 3福山記念病院リハビリテーション科, 福山市, 日本, 4県立広島大学健康福祉学部三原市
背景： 歩行分析は、臨床現場における重要な評価です。 モーション キャプチャ (MC) システムは、関節角度などの体の運動学を正確に測定するために使用できるため、評価に役立ちます。 ただし、コストが高く、携帯性が低いため、主に実験室での使用に限定されています。 最近、多くのビデオベースの姿勢推定システムが開発されており、時空間歩行パラメータの評価にも使用されています。 ただし、ビデオベースの姿勢推定システムによる関節角度推定の精度は不明のままです。
目的： 片面カメラによる歩行中の 2 次元姿勢推定の関節角精度を調べることを目的とした．
メソッド： 22.8 人の健康な成人 (1.1 ± 0.60 歳) がこの研究に参加しました。 参加者は 100 つのトレッドミル歩行条件を実行しました: 通常の歩行条件と外旋歩行条件です。 参加者は足首装具を着用し、歩行速度は臨床状況を想定して XNUMX m/s に設定されました。 トレッドミルの右側に設置されたビデオカメラは、姿勢推定のために歩行を記録しました。 体の姿勢を推定するために、オープンソースの人間の姿勢システムである OpenPose (OP) が使用されました。 OP は、XNUMX 分岐多段畳み込みニューラル ネットワークによって関節位置を推定します。 OP関節位置データに基づいて、歩行中の右股関節、膝関節、および足首関節角度を計算しました。 同時に、MC システムを使用して関節角度を測定しました。 カメラと MC のフレーム レートは XNUMX Hz に設定されました。 決定係数 (R2) を使用して、OP 関節角度と MC 関節角度を比較しました。 さらに、歩行中の OP と MC のピーク関節角度の絶対誤差も測定しました。 ウィルコクソンの符号付き順位検定を使用して、各歩行条件の絶対誤差を比較しました。 統計的有意性は p < 0.05 に設定されました。
結果について R2 通常の歩行状態での OP 関節角度と MC 関節角度の間の角度は次のとおりでした。 膝の屈曲伸展、0.94。 および足首の背屈 - 底屈、0.96。 R2 外旋歩行状態での OP 関節角と MC 関節角の差は、それぞれ 0.93、0.97、0.21 でした。 外旋歩行状態における OP と MC のピーク底屈角度間の絶対誤差は、通常の状態と比較して有意に増加しました (p < 0.05)。 股関節屈曲、股関節伸展、膝屈曲、膝伸展、および背屈角度のピークの絶対誤差に、統計的に有意な差は見られませんでした (それぞれ、p = 0.81、p = 0.81、p = 0.16、p = 0.21、および p = 0.47)。 ）。
結論： 二次元姿勢推定システムを用いた足首関節角度計測の精度は高くないが、股関節および膝関節角度はMCシステムを用いて計測されたものとほぼ同じ精度で計測される。 OP と計算方法を使用した股関節および膝関節の最大角度測定値は、外旋歩行状態であっても、最大関節角度を評価するために使用できます。
含意： この方法は、歩行運動学を評価するための低コストでポータブルなデバイスとして大きな可能性を秘めています。
資金提供、謝辞: この作品は、助成金番号 JP19K20748 の下で JSPS 科研費によって部分的にサポートされました。
キーワード： 姿勢推定、歩行解析、運動学
トピック： 障害とリハビリテーション
この作業には倫理的承認が必要でしたか? 有り
機関: 県立広島大学
委員会：保健福祉学部倫理委員会
倫理番号：15MH036
すべての著者、所属、および要約は、提出されたとおりに公開されています。
