看護における人体 の動作 ・負荷解析システムの開発

• Material Type: 博士論文
• Title: 看護における人体 の動作 ・負荷解析システムの開発
• Author/Editor: 野村, 明美
• Author Heading: 野村, 明美
• Publication Date: 2014-03-26
• Publication Date (W3CDTF): 2014-03-26
• Alternative Title: Development of motion and load analyzing system for nursing care operations
• Degree grantor/type: 横浜国立大学
• Date Granted: 2014-03-26
• Date Granted (W3CDTF): 2014-03-26
• Dissertation Number: 甲第1633号
• Degree Type: 博士(工学)
• Conferring No. (Dissertation): 甲第1633号
• Text Language Code: jpn
• NDLC: UT51
• Target Audience: 一般
• Note (General): 本研究の目的は、看護における動作・負荷解析システムの開発、すなわち人体の動きを正しく表現でき、人体の負荷評価が行える個別人体モデルを作成し、総合的に動作解析が行えるシステムを構築することである。そのうえで介助する人の身体的負荷評価を行うこと及び看護師の移動動作を一般の介助にあたる人々に応用可能か検証することである。 看護分野において、看護者の負担（特に腰痛等）を減らし合理的な看護動作によって看護の質を高めることは、我が国の顕著な高齢者の増加、要介護者数の増加という背景を考える時、喫緊の課題である。中でも、寝たきりを予防するために起き上がり介助は重要である。しかし、この起き上がり介助動作を情報工学の視点から考えると、「介助者及び被介助者の負担を少なくするための人体動作を状況に応じて設定する」ということは、非常に難解な問題であることに気づく。人体は多関節で自由度が高く、介助動作は、介助者と被介助者２者間で、大きな力のやり取りが行われる。そのために、特に介助者に関わるKinematics（運動学）解析及びKinetics（運動力学）解析に基づく負荷評価、さらに介助者の体格や体力まで考慮した最適な動作設計を行う為には、多くの課題を解決する必要がある。 看護動作における負荷計測評価の重要性は、これまでも注目されており、様々な試みがなされてきた。しかし、看護動作の特徴より、定量的な測定が困難でありいまだ確立されていない。つまり看護師単独の動作ではなく、被介助者と接触しあう動作、被介助者の身体下に腕を挿入して起こし上げる動作等複雑かつ測定時「見えない箇所」が生じて、測定を困難にしていた。 以上の背景から、本研究では既存の測定器を改良し、看護動作において「見えない箇所」の姿勢や動きが測定できるようにし、この技術を基に看護者の動作解析、負荷解析を精度高く行うことを考えた。このことにより、トレーニングされていない初心者と熟練者の腰部にかかる負荷の違い、起き上がり介助動作中の被介助者の動きの安定具合など、従来は感覚的にしか把握されていなかった看護動作における「危険回避」や「快適性」などに関わる事項が、工学的・定量的に評価できるようになると期待できる。さらにはこの結果を利用し、介助者の体格や体力の違いを考慮した最適動作設計や、介護機器やベッドの設計などにも示唆を与えられ、今まで看護学の分野において長らく研究・検討が続けられてきた「安全・安楽な看護技術」という課題の解決に大きく寄与できる。 通常の光学式モーションキャプチャでは、人体の各パーツの表面に反射マーカを取り付け、これを囲むように複数台ビデオカメラを設置する。被写体の動作を複数のビデオカメラで同期して撮影してから、各時点の画像の組を解析し、その時点におけるすべてのマーカの３次元位置を算出する。さらにこれらマーカの３次元位置から、マーカが取り付けられた人体パーツの位置と姿勢を推定し、全体としてどのような人体運動が行われたかを把握する。モーションキャプチャには機械式のものなど、いくつかの他の方式もあるが、被験者への負担が少ないという点で、光学式モーションキャプチャが最良であると考えている。しかし、ベッド上の起き上がり介助動作では、看護者の前腕部と上腕部の一部を患者の身体下に差し込んで支える形となるため、この部分はたとえマーカをつけてもカメラ画像によって位置を検出することは不可能である。そこで提案する新しいモーションキャプチャでは、通常のモーションキャプチャによるマーカ位置検出に加えて、上腕部と前腕部に加速度センサをつけることにより、見えない部分の位置姿勢を推定することを提案する。 従来のモーションキャプチャは、大掛かりでベッドサイドに持ち込むことは困難であった。本研究では、モーションキャプチャをベッドサイドに持ち込むため、簡易で小型のモーションキャプチャシステムが必要である。そこで汎用性や可搬性、設置の容易さ、他デバイスとの連携のしやすさなどを踏まえて、ステレオカメラによるマーカキャプチャシステムを構築する。そのうえで、実際に看護動作の実験を実施し、システムの有効性を検証する。 これまでは、看護者の「動き」についてのKinematics解析である。さらに詳細な評価を行うには、看護者の人体にかかる力学的な負荷のKinetics解析が必要である。そこで力学的な負荷評価として、フォースプレートを用いたKinetics解析を行うシステムを構築し、総合的に動作解析が行えるシステムが整った。このシステムを用いて、熟練看護師と一般成人の移動動作援助時に腰椎にかかる身体負荷を計測して示す。 National Institute for occupational Safety and Health(NIOSH)は、作業労働時の腰部椎間板圧迫力の許容値を3,400ニュ－トンとしている。そこで、我々は腰部負荷評価実験を行い、その評価として、腰部椎間板圧迫力の測定及び腰痛すべり症の原因になるずれる方向の力―剪断力を用いることにした。これらの実験結果より、熟練看護師及び一般成人の腰部負荷と動作の特徴を明らかにする。さらに、Kinematics解析とKinetics解析を総合して、看護動作の最適化ループとそれを支援するシステムを提案する。最後に提案したシステムを用いて、一般成人に看護動作をレクチャーし、レクチャー前後の実験結果を分析し、看護師の移動動作を一般の介助にあたる人々に応用可能か検証する。; The purpose of this study is to develop a system to analyze movements and burdens in nursing. This includes creating an individual human body model that can accurately express body movement and evaluate the burden on the human body, and building a system that can analyze movements comprehensively. We will then evaluate the physical burden on the person providing assistance and investigate if the same practices can be applied by providers of general care. In the field of nursing, raising the quality of nursing by reducing the burden on nurses (especially in the lower back) and improving efficiency of nursing movements is an urgent issue in Japan, considering its rapidly aging population and increasing number of people who need care. Helping people to rise from bed in order to prevent them from becoming bedridden is one of the most important issues. However, when one considers this assistance in getting up from the perspective of information engineering, it is seen that establishing body movements to match each circumstance in order to lessen the burden on both those providing and receiving assistance is an exceptionally difficult problem. In the human body, many joints have high degrees of freedom and large forces are exchanged between the care giver and recipient during movement assistance. For that reason, many issues need to be resolved in order to evaluate the burden, especially involving the caregiver, based on kinematics and kinetic analysis. There is also a need to establish optimum movements with consideration of the physique and physical strength of the caregiver. The importance of evaluating measurements of the burdens in nursing actions has been a focus of attention, and various trials have been conducted. However, quantitative measurements are difficult because of the characteristics of nursing movements, and so optimum movements have not yet been established. Complex movements, such as moving an arm under a care recipient's body to assist them in rising from bed, are difficult to measure as nurse movement coincides with care recipient effort causing measurement “Hidden Points”. In light of the above difficulties, this study also aims to modify existing measuring devices so that measurement “blind spots” can be measured allowing the accurate analysis of movements and burdens in nursing. This will make it possible to perform mechanical and quantitative evaluations of situations involving risk avoidance, comfort, and other situations where an individual's estimation was the only means of measurement. Such measurement applications could identify difference in lower back burden between untrained and experienced professionals or movement stability of care recipients during their assistance in rising from bed. Moreover, using these results we will also obtain suggestions for design of optimum movement guidelines with consideration of differences in physique and physical strength of caregivers and design of nursing care equipment and beds. This will contribute greatly to resolving the issue of “safe, ergonomic nursing” that has long been a subject of research and investigation in the field of nursing science. With regular optical motion capture, reflective markers are attached to the surface of various body parts and multiple cameras are set up so as to surround the object being photographed. The movement of the object is recorded by multiple synchronized video cameras, from which the set of images at each time point is analyzed and the three-dimensional position of all the markers at that time point is calculated. Moreover, from the three-dimensional positions of these markers, the positions of the body parts to which the markers are attached and the body posture are estimated, and the overall movement of the body is ascertained. There are several other types of motion capture, including a mechanical type, but optical motion capture is thought to be the best in terms of minimizing the burden on the subject. However, in the movement of assisting a person in rising from bed, support is given with the forearm and part of the upper arm of the nurse pushed under the patient's body, so that the position of markers attached in these areas cannot be detected by the camera. In the new motion capture system, in addition to marker position detection by regular motion capture, an estimation can be made in position and movement of body parts that cannot be seen by attaching acceleration sensors to the forearms and upper arms. While conventional systems detect movements with multiple markers attached to characteristic bone points on the body, attaching markers can be used make use of the characteristics of nursing movements. Conventional motion capture systems are bulky and difficult to bring to bedside. In this study a compact, simple motion capture is needed so that it can be brought to bedside. For general usability, portability, ease of setting up, and ease of connecting with other devices, a marker capture system with stereo cameras will be used. Subsequently, an experiment incorporating actual nursing movement will investigate the effectiveness of the system. To date, analyses of kinematics have focused on movement of nurses. More detailed evaluations require analysis of the kinetics of the mechanical loads on nurses' bodies. This study will therefore implement a system for kinetic analysis using a force plate as a means to evaluate mechanical load, and prepare a system that can perform comprehensive movement analysis. Using this system, we will measure the physical burden on the lumbar spine during movement assistance of experienced nurses and a lay caregiver. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) recommends a compressive force of 3,400 N on the lumbar vertebral discs during physical labor. Therefore, this study will experimentally evaluate lumbar load, using force measurements of lumbar disc compression and shear force in the misalignment direction, which is a cause of low back pain and disc herniation. These experimental results will help clarify characteristics of lumbar burden and movement experiences of nurses and adult volunteers. Moreover, combining kinematic and kinetic analyses, we will propose the best loop for nursing movements and a system to support those movements. Finally, using the proposed system, lectures will be given to adult volunteers on nursing movements and experimental results will be analyzed before and after the lectures. The possibility of applying the translational movements of nurses to people providing general care will be examined.
• DOI: 10.18880/0000004940; https://doi.org/10.18880/0000004940
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/10120587; https://dl.ndl.go.jp/pid/10120587
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 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
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Date Accepted (W3CDTF): 2016-07-07T04:28:02+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2016-09-16
• Format (IMT): application/pdf
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): https://doi.org/10.18880/0000004940; http://hdl.handle.net/10131/8595
• Data Provider (Database): 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

• Summary, etc.: 本研究の目的は、看護における動作・負荷解析システムの開発、すなわち人体の動きを正しく表現でき、人体の負荷評価が行える個別人体モデルを作成し、総合的に動作解析が行えるシステムを構築することである。そのうえで介助する人の身体的負荷評価を行うこと及び看護師の移動動作を一般の介助にあたる人々に応用可能か検証...