光学式モーションキャプチャデータに基づく足部アーチ変形の三次元解析

春日 照之 (1251030)


歩行やジャンプなどの動作の解析や足部疾患の定量評価に向けて,足部機能の解析が期待されている.特に,足部のアーチ構造は歩行やジャンプの接地時に衝撃緩和などの重要な役割を有していると言われている.しかし,一般的に生体内部(骨,筋肉,靭帯など)の計測はCTやレントゲンなど特殊な装置が必要であり,特に動作時の計測には多くの技術的課題が残されている.本発表では,光学式モーションキャプチャデータに基づく足部アーチ変形の三次元解析手法を提案する.足部表面に貼り付けたマーカに楕円を近似することで,生体内のアーチ変形量を評価する.提案手法の妥当性を検証するため,静荷重におけるアーチ変形を同条件で計測したX線TVシステムの結果との比較を行う.比較結果より,静的な条件において,提案手法によるアーチ評価手法が生体内の骨の変位を反映していることを示す.また,飛び降り,重量物持ち上げ,歩行動作に対して提案手法を適用し,動的な条件におけるアーチ変形を推定する.実験結果を従来研究の知見と比較し,提案手法によるアーチ評価の妥当性を示す.これらの結果より光学式モーションキャプチャデータに基づく提案手法は,足部アーチ変形の解析に有用であることを示す.

Analysis of the function of the foot is expected to understand walking or jump motion, or to evaluate foot illness quantitatively. Especially, it is well known that the arch of the foot has an important role (e.g. shock absorbing). However, generally, it is difficult to measure in vivo information (e.g. bone, muscle, vinculum) during dynamic motion, because of the limitation of the measurement system (CT, X-ray image). In this presentation, I propose a three-dimensional analysis method for the arches of the foot based on an optical motion capture data. The arch deformation is evaluated by an ellipsoidal approximation which is calculated from marker position. I validate the proposed method by comparison with bone movement which is calculated from X-ray TV system image. The result of the comparison indicates that the proposed method can reflect in vivo bone movement. Also, I apply the proposed method to analysis of three dynamic motion, fallen, lift up, walk. These results indicate that the proposed method is useful for the arch deformation analysis.