3次元動作キャプチャは、どのようにして履物の運動学的影響を評価するために使用されますか？履物のパフォーマンスを最適化する

3次元（3D）動作キャプチャは、光電子システムを利用して履物の運動学を評価します。通常、赤外線カメラと反射マーカーを使用して、下肢の空間座標をリアルタイムでマッピングします。

この技術は、股関節、膝関節、足関節の特定の動きの角度を追跡し、さまざまな靴のデザインが歩行または走行中の可動域（ROM）、足の着地パターン、および歩行の対称性をどのように変化させるかを判断します。

コアの要点 3D動作キャプチャは、靴の主観的な「感触」を、ミリメートル単位の客観的なデータに変換します。履物のデザインが自然な骨格アライメントをサポートしているか、それとも長期的な怪我や非効率的な動きにつながる可能性のある機械的な障害を引き起こしているかを明らかにします。

キャプチャのメカニズム

赤外線追跡システム

運動学的データをキャプチャするために、研究者はユーザーの関節と履物機器の主要な解剖学的ランドマークに反射マーカーを配置します。

実験室の周りに配置された高精度の赤外線カメラが、これらのマーカーの空間座標をリアルタイムで記録します。

高周波データ収集

システムは高周波で動作し、ぶれのない高速な動きをキャプチャします。

これにより、動きの軌跡と機械的な仕事を超高精度で計算でき、歩行のわずかなずれも記録されることが保証されます。

下肢の力学の分析

関節の可動域（ROM）

分析される主な指標は、下部の運動連鎖全体の可動域です。

システムは、股関節、膝関節、足関節の角度を特別に追跡します。靴が自然な動きを制限しているか、逆に骨格構造にストレスをかける可能性のある過度の関節角度を引き起こしているかを特定します。

歩行の対称性と歩行周期

個々の関節を超えて、動作キャプチャは全体的な歩行または走行サイクルを評価します。

歩幅の非対称性や歩行周期などのパラメータを定量化します。このデータは、靴がユーザーに片方の脚をかばわせたり、自然なリズムを乱したりしているかどうかを判断するために重要です。

四肢の振り子の頻度

動作キャプチャは、靴の物理的特性（重量など）が脚の振り子にどのように影響するかを分析します。

履物が高度に自動化された動きのパターンを妨げないことを確認し、ユーザーが自然な動きのサイクルを維持することを保証します。

デザインと骨格の健康を結びつける

アライメントへの影響

収集されたデータは、靴の構造が骨格の発達に与える長期的な影響を評価するために使用されます。

足の着地パターンの変化を観察することで、研究者は特定のデザインが時間の経過とともに骨格のアライメントをどのように変化させる可能性があるかを予測できます。

安定性とエラー削減

主に運動学的ですが、システムは靴が安定したプラットフォームを提供することに依存しています。

滑り止めのアウトソールやアーチサポートなどの機能は、滑りを防ぐために不可欠です。これにより、記録された関節トルク計算と動きのデータが、ユーザーがバランスを維持しようとするアーチファクトではなく、本物であることが保証されます。

トレードオフの理解

運動学 vs. 力学

動作キャプチャは動き（運動学）を記録し、力（力学）を記録しないことを区別することが重要です。

体の動きを追跡しますが、体にかかる地面反力（GRF）を理解するために、しばしばフォースプレートと組み合わせて使用する必要があります。動作キャプチャだけでは、力分析で言及されている圧力分布を測定することはできません。

実験室の制限

データは、反射マーカーを使用して制御された実験室環境で収集されます。

ミリメートル単位で正確ですが、この設定は、現実世界の環境の予測不可能な地形や変数を完全に再現できない場合があります。

マーカー配置の感度

データの精度は、反射マーカーの正確な配置に大きく依存します。

皮膚または靴上のマーカー配置のわずかなずれは、実験誤差を引き起こし、関節中心の計算を歪める可能性があります。

目標に合った正しい選択をする

履物をデザインする場合でも、トレーニング機器を選択する場合でも、患者の回復を分析する場合でも、優先するデータは異なります。

怪我の予防が主な焦点の場合：関節の可動域（ROM）とアライメントに関するデータを優先して、靴が関節を過度または不自然な角度に強制しないようにします。
リハビリテーションが主な焦点の場合：歩幅の非対称性と歩行構造の改善を探して、履物がバランスの取れた歩行パターンの回復を支援していることを確認します。
パフォーマンス効率が主な焦点の場合：四肢の振り子の頻度と歩行周期のデータに焦点を当てて、靴の重量と構造がアスリートの自然な動きのサイクルを妨げないことを確認します。

真の運動学的評価は、単に動きを追跡するだけではありません。履物が体の自然な力学のシームレスな拡張として機能することを確認することです。

概要表：

分析されたメトリック	説明	主な利点
関節ROM	股関節、膝関節、足関節の角度を追跡します	自然なアライメントを確保することで怪我を防ぎます
歩行の対称性	歩幅と歩行周期を測定します	歩行または走行サイクルの不均衡を特定します
振り子の頻度	脚の振り子の速度とリズムを分析します	靴の重量が効率に与える影響を評価します
空間座標	赤外線マーカーによるリアルタイムマッピング	客観的でミリメートル単位の精度データを提供します

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参考文献

Yuan Wang, Yaodong Gu. Understanding the Role of Children’s Footwear on Children’s Feet and Gait Development: A Systematic Scoping Review. DOI: 10.3390/healthcare11101418

この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .