複合慣性センサを用いた周波数解析による膝不安定性定量化システム

摘要

ACL（anterior cruciate ligament；前十字靭帯）損傷により生じる膝の回旋不安定性の評価手法として，主にpivot shift testが用いられる．同検査方法は簡便でACL損傷の程度と相関があり，今後の治療方針の決定に有用な指標であるが，同検査法は検者の主観的評価に基づいており，客観性，定量性が低いという問題点を有する．本研究では，小型で高時間分解能な慣性センサを用いた非拘束膝回旋不安定性定量化システムを提案する．同提案システムは，pivot shift test時の大腿部，下腿部運動を計測した時系列データの周波数解析により大腿-下腿の相対加速度を求めることで，pivot shift test現象の定量化を行う．本システムをACL損傷例1例に対して適用した結果，同時撮影したビデオ画像との比較により，pivot shift現象を正しく検出できたことを確認した．また，pivot shift現象時の大腿部に対する下腿部の相対運動の最大加速度は2．19±0．69m/s~2であり，検者の主観的評価であるGrade値との相関も示唆された．%The pivot shift test has been performed to assess the instability of the knee caused by ACL (anterior cruciate ligament) injuries. In previous reports, evaluations of the test have correlated with degrees of ACL injuries, and the test has been used for deciding treatment policy. However, the test depends on the clinician's subjective feeling. In this study, intelligent IMU sensors, which can measure time-series data of accelerations, angular velocities and earth magnetisms simultaneously, has been introduced into evaluating pivot shift test. The proposed method quantifies the pivot shift phenomenon as relative accelerations of the shank region by using time-frequency analysis. In the result of applying this method to the ACL injured subject, pivot shift phenomenon was detected correctly in comparison with video images taken simultaneously, the mean value of the maximum accelerations was 2.19±0.69 m/s~2, and the correlation was indicated with grade values based on the clinician's subjective feeling.