歩行分析における埋め込み型高精度フォースプレートの機能とは？靴の性能を正確に測定する

埋め込み型高精度フォースプレートは、生体力学的負荷を測定するための基本的な「グラウンドトゥルース」として機能し、被験者が指定された歩行路を移動する際に、特に垂直地面反力（vGRF）を捉えます。これらの装置を床に直接組み込むことで、研究者は、被験者の自然な歩行を妨げる可能性のある物理的な機器を取り付けることなく、最初のピーク力や負荷率などの重要な運動学的データを記録できます。

主なポイント カメラは体の動き方を追跡しますが、フォースプレートは体が吸収する衝撃を測定します。これらは、靴の衝撃吸収能力を定量化し、両脚間の対称性を確保し、最終的に二次的な怪我のリスクを軽減するために必要な客観的な運動学的データを提供します。

測定の仕組み

立脚期の捕捉

これらの埋め込み型プレートの主な役割は、歩行サイクルの「立脚期」、つまり足が地面に接触している瞬間を分析することです。

この段階で、システムは垂直地面反力（vGRF）データをキャプチャします。これにより、最初の着地や蹴り出しなどの特定のイベントが分離され、力の伝達のミリ秒ごとの詳細が提供されます。

非侵襲的なデータ収集

埋め込み型プレートの重要な利点は、その邪魔にならない性質です。歩行路の床と同一平面上にあるため、被験者は段差のあるプラットフォームに足を乗せるために歩幅を変える必要がありません。

これにより、データは自然で妨げのない動きを反映していることが保証され、正確な履物評価に不可欠です。

衝撃ベクトルの分解

主に垂直方向の力に焦点が当てられることが多いですが、高度な産業用グレードのプレートは、力を3次元に分解することもできます。

これには、前後方向（前後の動き）および内側外側方向（左右の動き）のベクトルが含まれます。これらの指標は、カットやジャンプなどの高衝撃マヌーバー中のねじり剛性と安定性を評価するために不可欠です。

主要業績評価指標

負荷吸収の定量化

フォースプレートは、衝撃時に体に力がどれだけ速く加えられるかを示す負荷率を測定します。

高い負荷率は、関節のストレスと関連していることがよくあります。これらの率を異なる靴間で比較することにより、エンジニアはどのミッドソールフォームまたはジオメトリが優れた衝撃減衰を提供するかを客観的に判断できます。

運動学的対称性の評価

これらのプレートからのデータにより、左右の脚を直接比較できます。

運動学的対称性は、健康的な歩行の主要な指標です。著しい不均衡は、特定の履物デザインが着用者の自然な生体力学を変化させている可能性を示唆しており、代償的な怪我につながる可能性があります。

ウェアラブルテクノロジーの検証

直接的な靴のテストを超えて、フォースプレートは他のテクノロジーを校正するための「ゴールドスタンダード」リファレンスとして機能します。

メーカーは、フォースプレートからの正確な運動学的データを使用して、靴に統合されたセンサーのアルゴリズムを検証します。ポータブルセンサーが「つま先離れ」を検出すると主張する場合、その精度は、揺るぎないフォースプレートデータと比較することによって確認されます。

トレードオフの理解

実験室の制約と生態学的妥当性

埋め込み型フォースプレートは高精度を提供しますが、制御された実験室環境が必要です。

このセットアップは、不均一な地形や長距離の疲労などの現実世界の状況を完全に再現していない可能性があります。標準化されたテストには最適ですが、日常活動で使用されるウェアラブルセンサーの「生態学的妥当性」が欠けています。

「クリーン」な着地の限界

有効なデータを得るには、被験者の足がプレートの境界内に完全に着地する必要があります。

これにより、被験者が無意識のうちにプレートに当たるように歩き方を変える「ターゲティング」が発生することがあります。歩行パターンが無意識で自然なままであることを保証するために、熟練したオペレーターと隠されたプレートが必要です。

目標に合わせた適切な選択

リハビリテーション用の靴を設計している場合でも、ハイパフォーマンスアスリートを分析している場合でも、フォースプレートデータの特定のアプリケーションは異なります。

怪我の予防が主な焦点の場合：負荷率とピークフォースデータを優先して、履物のジオメトリが関節に到達する前に初期衝撃の衝撃を効果的に減衰させることを確認してください。
スマートフットウェア開発が主な焦点の場合：フォースプレートを検証ツールとして使用し、靴に装着されたセンサーによって検出された歩行イベントのタイミングを相互参照および校正します。

埋め込み型フォースプレートは、履物デザインを主観的な感覚から客観的な科学へと変える、目に見えない定量化可能な証拠を提供します。

概要表：

主要指標	履物テストにおける機能	主な利点
垂直GRF	着地時の衝撃力を測定します。	ミッドソールのクッション効率を定量化します。
負荷率	力が体にどれだけ速く加えられるかを追跡します。	衝撃関連の怪我のリスクを評価します。
運動学的対称性	左右の脚間の力の分布を比較します。	履物が自然な歩行バランスを維持することを保証します。
3Dベクトル分析	横方向およびねじり安定性を測定します。	ピボットやカット中の靴のパフォーマンスを評価します。
センサー校正	運動学的データの「ゴールドスタンダード」として機能します。	スマートシューズセンサーの精度を検証します。

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参考文献

Hossein Tajdini, Giacomo Rossettini. Inter-limb asymmetry of kinetic and electromyographic during walking in patients with chronic ankle instability. DOI: 10.1038/s41598-022-07975-x

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 .