腰部負荷推定のためのウェアラブルセンサシステム

• 資料種別: 博士論文
• タイトル: 腰部負荷推定のためのウェアラブルセンサシステム
• 著者・編者: 土谷, 圭央
• 著者標目: 土谷, 圭央
• 出版事項: Hokkaido University
• 出版年月日等: 2018-03-22
• 出版年（W3CDTF）: 2018-03-22
• 並列タイトル等: Wearable sensor system for estimating lumbar load
• 寄与者: 田中, 孝之; 金子, 俊一; 金井, 理
• 授与機関名: 北海道大学
• 授与年月日: 2018-03-22
• 授与年月日（W3CDTF）: 2018-03-22
• 報告番号: 甲第13090号
• 学位: 博士(情報科学)
• 博論授与番号: 甲第13090号
• 本文の言語コード: jpn
• 件名標目: 腰痛; 腰部負担; 腰仙椎アライメント; ウェアラブルセンサ; Low back pain; lumbar load; lumbosacral alignment; wearable sensor
• NDC: 500
• 対象利用者: 一般
• 一般注記: 腰痛発症者は多く存在するが, 腰痛の要因を特定することは難しい．腰痛の要因の1 つとして, 腰部負担である椎間内圧が増加することが挙げられる．腰を前屈することにより,腰部負担が増加することが従来研究よりわかっている．また, 各腰椎と仙骨の位置・姿勢，つまり腰仙椎アライメントの変化によって, 腰部負担が変化することも知られている．しかし, どのような動作が，どれだけ腰部負担を増加させているのかを定量的に判断することは難しい．腰痛は労働現場だけでなく日常生活の動作からも起こるため，様々な空間で動作を計測し, 腰部負担を知ることで，腰痛の要因を探ることが期待できる．人体の腰部負担を計測するためには，体内に電極を入れる必要がある．しかし, 体内に電極を入れることは容易ではない. この問題を解決するためには，非侵襲で腰仙椎アライメントと外部負荷を考慮した腰部負担計測法が必要となる．本研究では, 腰部負担推定のためのウェアラブルセンサシステムの開発を行う.腰仙椎アライメントの変化によって腰部負担が変化することに着目し，腰部表皮形状の情報を用いた腰仙椎アライメント推定を行う．また，手先負荷などの外部負荷が増えることにより腰部負担が増加するために，腰部の筋活動を考慮した腰部負担推定を行う．それらの推定を行える装着型装置の開発及び, 実証実験を目的する．腰部の前屈, 側屈, 回旋時の姿勢と腰仙椎アライメントの関係をX 線画像とモーションキャプチャデータから計測した84 名の詳細な3 次元データをもとに，姿勢と骨格の関係を解析し，かつ個体差を考慮した3 次元幾何学モデルを構築する. さらに，性差および身長，体重の個人差を考慮するために，取得したデータに基づいて，性差，体格差に影響される腰仙椎アライメントのパラメータを分析して，その回帰モデルを構築する. 手先荷重と腰部負担の関係を動作計測データより実験的に解析する．腰部の筋活動に着目し，筋活動による筋硬化の変化をロードセルによって計測することにより，外部負荷を考慮した腰部負担推定を行った．人体の筋骨格を詳細にモデル化した筋骨格動力学モデルとの比較実験を行うことで，開発した腰部負担推定法を評価した. 以上のように，本研究では腰仙椎アライメントと外部負荷を考慮した腰部負担推定を行える装着型装置を開発した．開発した装置を用いて，介護施設で実証試験を行い，作業分析への有用性を評価した．; There are many people who suffered from low back pain, but it is difficult to identify factors of back pain. As a factor of low back pain, increased intervertebral pressure, which is the lumbar load. It is understood from the previous research that by bending the waist forward, the lumbar load increases. Also, we know that the lumbar load will change depending on the position and posture of each lumbar spine and sacrum, that is the change in the lumbosacral alignment. However, it is difficult to quantitatively judge what kind of actions and how much lumbar load is increasing. Low back pain occurs not only from the workplace but also from the behavior of everyday life, so we need to expect to investigate factors of low back pain by measuring movement in various spaces and knowing the burden of the lumbar load. In order to measure the lumbar load of the human body, it is necessary to put electrodes in the body. However, it is not easy to enter the body and electrodes. To solve this problem, lumbar load measurement method considering lumbosacral vertebral alignment and the external load in a non-invasive is required. In this research, we will develop a wearable sensor system for an estimation of lumbar load. Focusing on the change in lumbar load due to lumbosacral alignment change, lumbosacral alignment is estimated by using lumbar epidermal shape is performed. In addition, since the lumbar load increases due to an increase in the external load such as the hand load, the lumbar load is estimated in consideration of the muscle activity of the waist. We aim to develop wearable sensor system which can estimate lumbar load and demonstration experiment. The three-dimensional geometric model is constructed using detailed three-dimensional data of lumbosacral alignment. Detailed three-dimensional data is obtained by analyzing the relationship between posture and skeleton from 84 X-ray images and motion capture data measured for lumbar posture during bending, side bending and twisting. Furthermore, in order to consider individual differences in gender difference and height and weight, based on the acquired data, parameters of lumbosacral alignment affected by gender difference and body difference are analyzed and a regression model is constructed. We experimentally analyze the relationship between the hand load and the lumbar load from motion measurement data. We focused on the muscle activity of the waist and measured the change of muscular hardening due to muscle activity by load cell to estimate the lumbar load considering the external load. We evaluated the developed lumbar load estimation method by conducting a comparative experiment with the musculoskeletal dynamics model which modeled the human musculoskeleton in detail. As described above, in this study, we have developed a wearable sensor that estimates the lumbar load in consideration of the lumbosacral alignment and the external load. A demonstration experiment was carried out using the developed equipment and its usefulness for work analysis was evaluated.; (主査) 准教授 田中 孝之, 教授 金子 俊一, 教授 金井 理; 情報科学研究科（システム情報科学専攻）
• DOI: 10.14943/doctoral.k13090; https://doi.org/10.14943/doctoral.k13090
• 国立国会図書館永続的識別子: info:ndljp/pid/11116185; https://dl.ndl.go.jp/pid/11116185
• コレクション（共通）: 障害者向け資料
• コレクション（障害者向け資料：レベル1）: テキストデータ
• コレクション（個別）: 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• 収集根拠: 博士論文（自動収集）
• 受理日（W3CDTF）: 2018-07-03T21:49:10+09:00
• 作成日（W3CDTF）: 2018-03
• 記録形式（IMT）: PDF
• オンライン閲覧公開範囲: 国立国会図書館内限定公開
• デジタル化資料送信: 図書館・個人送信対象外
• 遠隔複写可否（NDL）: 可
• 掲載誌（URI）: http://dx.doi.org/10.14943/doctoral.k13090; http://hdl.handle.net/2115/70622
• 参照（URI）: http://hdl.handle.net/2115/70614
• 連携機関・データベース: 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp