静的バランスのための下肢での筋肉の活性化の分析

バランスは、人間の二足歩行運動に重要な役割を果たします。バランスコントロールの退化は、脳卒中患者、高齢者、さらには肥満の人の大多数でも顕著です。パーソナライズされたバランストレーニングプログラムの設計は、筋肉を強化するために、活動中の筋肉の活性化の分析が必要です。この論文では、静的バランス戦略とさまざまな下肢の筋肉の活性化との関係を分析するための手頃な価格のポータブルなアプローチを提案しました。そのために、Microsoft Kinect Xbox 360は、外力情報を測定するためのモーションセンシングデバイスとWiiバランスボードと見なしました。静的バランスに関連する筋肉の活性化パターンを分析するために、参加者はバランスボードとKinectの前で単一四肢のスタンス（SLS）エクササイズを行うように求められます。全体的な筋肉の活性化パターンを最小化するための静的最適化は、オープンソースの筋骨格シミュレーションソフトウェアであるOpenSimを使用して実行されます。この研究は、ボディマス指数（BMI）に従ってグループ化された10人の正常および10人の肥満の人々で行われます。結果は、上腕二頭筋、Psoas Major、Sartorius、Iliacusなどの下肢の筋肉が、1つの肢を使用してバランスを維持するだけでなく、SLS中の他の肢の屈曲を維持することの両方で主要な役割を果たすことを示唆しています。さらなる調査により、正常群の屈曲した脚の筋肉の活性化が高いことが、より高い強度を示していることが明らかになりました。さらに、正常群の立っている脚の筋肉の活性化が低いことは、荷重に耐えるために大腿骨の二頭筋とズのメジャーのヘッドルームが多く、したがって静的バランス制御が優れていることを示しています。

Balance plays an important role for human bipedal locomotion. Degeneration of balance control is prominent in stroke patients, elderly adults and even for majority of obese people. Design of personalized balance training program, in order to strengthen muscles, requires the analysis of muscle activation during an activity. In this paper we have proposed an affordable and portable approach to analyze the relationship between the static balance strategy and activation of various lower extremity muscles. To do that we have considered Microsoft Kinect XBox 360 as a motion sensing device and Wii balance board for measuring external force information. For analyzing the muscle activation pattern related to static balance, participants are asked to do the single limb stance (SLS) exercise on the balance board and in front of the Kinect. Static optimization to minimize the overall muscle activation pattern is carried out using OpenSim, which is an open-source musculoskeletal simulation software. The study is done on ten normal and ten obese people, grouped according to body mass index (BMI). Results suggest that the lower extremity muscles like biceps femoris, psoas major, sartorius, iliacus play the major role for both maintaining the balance using one limb as well as maintaining the flexion of the other limb during SLS. Further investigations reveal that the higher muscle activations of the flexed leg for normal group demonstrate higher strength. Moreover, the lower muscle activation of the standing leg for normal group demonstrate more headroom for the biceps femoris-short-head and psoas major to withstand the load and hence have better static balance control.