関節の運動学解析法―ポイントクラスタ法

■はじめに

　ヒトを対象とするバイオメカニクス領域において，姿勢や関節運動の計測はできるだけ侵襲や拘束を少なくし，自然な状態でかつ精密に計測できることが望ましい．整形外科領域では，関節運動の計測は健常・異常な運動の評価，関節疾患の病態評価に利用される．一般的に，反射マーカと光学式カメラを用いた計測システムにおいて，反射マーカは解剖学的特徴点に貼付されることが多い．しかし身体表面に貼付した反射マーカは，動作時における皮膚や脂肪の変形，筋肉の膨隆によって静止時に貼付した位置にはなく，若干の微動が生じる．これはスキンモーションエラーと呼ばれ，ヒトの粗大な運動を対象とする場合には大きな問題とはならない．しかしながら，生体内の骨の運動や関節の詳細な動態を取得するには，このようなエラーは精密な計測に対する累積誤差として影響することになり，計測精度の低下を引き起こす．

　このような問題に対して，Andriacchiら^1）は皮膚マーカによるスキンモーションエラーから生じる誤差を補正し，詳細な関節運動を取得できるポイントクラスタ法を提案した．Andriacchiらは主に膝関節を対象としていたが，その原理は必ずしも膝関節にのみ特化したものではなく，他の関節にも利用可能である．こうした応用には，ポイントクラスタ法の原理を正しく理解する必要があり，さらに実際の利用に関しては，その解析精度についても理解しておく必要がある．

　本稿では，ポイントクラスタ法の基本的原理について述べ，膝関節を例に示しながら，その特徴や誤差について説明する．