統合フォースプレートは、生体力学的分析における主要な運動学的センサーとして機能します。被験者が階段の踏み段に接触する際の、リアルタイムの三次元地面反力（GRF）とモーメントを捉えます。この生の運動学的データは、内部関節負荷の計算と機能的なフットウェアの特定の機械的利点の定量化のための絶対的な基盤となります。
統合フォースプレートの核となる価値は、生体力学的モデリングに必要な「境界条件」を提供することにあります。この正確な運動学的データがなければ、膝の内部応力を正確に計算したり、ミッドソール素材の衝撃吸収性を検証したりすることは不可能です。
運動学的データの取得メカニズム
リアルタイムの力取得
統合フォースプレートは、階段の昇降などの動的な動き中に高頻度でデータを収集するように設計されています。
被験者が踏み段に加える力の大きさ方向を捉えます。
三次元測定
単純な垂直方向の重量を超えて、これらのプレートは三次元（X、Y、Z軸）にわたる衝撃力とモーメントを測定します。
この包括的なデータセットは、ステップ間の移行中に発生する複雑な安定化力を理解するために必要です。
外部力から内部負荷へ
境界条件の設定
プレートによって収集された機械的パラメータは、数学的モデリングの重要な境界条件として機能します。
研究者はこのデータを使用して逆動力学を実行します。これは、外部測定に基づいて体内で何が起こっているかを計算するプロセスです。
関節モーメントと筋力の計算
地面反力が取得されると、技術担当者は筋肉の収縮力と関節周りのモーメントを計算できます。
これは、階段の上り下り中の膝関節の内部負荷の正確な推定値を導き出すための唯一の技術的方法です。
機器とフットウェアの評価
衝撃吸収性の定量化
フォースプレートにより、研究者は膝サポーターや靴のミッドソールなどの特定の素材の物理的性能を分離できます。
地面反力の荷重ピークと荷重率を分析することで、アナリストは製品が衝撃をどれだけ効果的にクッションしているかを客観的に測定できます。
エネルギー変換の分析
詳細な運動学的分析により、ミッドソール素材が歩行プロセス中にエネルギーをどのように処理するかを明らかにします。
このデータは、素材が衝撃を吸収する能力と、ユーザーにエネルギーを返還する能力を浮き彫りにします。
分析上の制約の理解
外部測定と内部計算
フォースプレートは外部の力のみを測定することを理解することが重要です。
膝の内部応力を直接測定するのではなく、その応力を数学的に計算するために必要なデータを提供します。
統合の必要性
これらの種類の評価では、フォースプレートからのデータが単独で使用されることはめったにありません。
フットウェアが関節の力学にどのように影響するかを完全に把握するには、運動（モーション）データと同期させる必要があります。
目標に合わせた適切な選択
評価における統合フォースプレートの有用性を最大化するために、分析を特定の目標に合わせます。
- 主な焦点が臨床的有効性である場合：膝サポーターが関節のストレスを効果的に軽減するかどうかを判断するために、内部膝関節負荷の計算を優先します。
- 主な焦点がフットウェア開発である場合：新しいミッドソール素材の衝撃吸収性とエネルギー変換特性を評価するために、地面反力の分析に焦点を当てます。
正確な運動学的データは、製品が機能すると推測することと、それを数学的に証明することの違いです。
概要表：
| 特徴 | 技術的機能 | フットウェア分析における利点 |
|---|---|---|
| 3D GRFキャプチャ | X、Y、Z軸の地面反力を測定 | 多方向安定化の定量化 |
| 逆動力学 | モデリングの境界条件として機能 | 内部膝関節ストレスと関節モーメントの計算 |
| 運動学的取得 | 高頻度のリアルタイムデータ収集 | 衝撃吸収テストのための衝撃ピークのキャプチャ |
| エネルギー分析 | 荷重率と力ピークを監視 | ミッドソールのクッション性とエネルギーリターンの評価 |
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参考文献
- Katerina Doslikova, Michael J. Callaghan. The effects of a sleeve knee brace during stair negotiation in patients with symptomatic patellofemoral osteoarthritis. DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2023.106137
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 .
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