ランプウォーキングの評価のための反転振り子モデルに基づく安定性メトリックの比較

ランプのバランスを維持することは、モビリティにとって重要です。ただし、バランスは一般に、逆ペンドゥルムベースのメトリック（例えば、安定性のマージン）を使用して評価されます。これは、非レベルの表面での人間の歩行の評価には適していない場合があります。これを調査するために、4つの異なる逆振子モデルを使用してランプの安定性を分析しました：外​​挿された質量（XCOM）、足の配置推定（FPE）、足の配置推定角運動量（FPENOH）を無視するフットプレースメント推定（CAP）。0°、±5°、±10°のランプを歩いている10人の健常者からの実験データを分析しました。メトリック間の違いの大きさは±10°で最大であるという私たちの仮説とは反対に、0°でのメトリック間の違いの最大の大きさを観察しました。一般に、安定性メトリックは、各勾配のFPEとCAPによって制限され、レベルウォーキングの以前の研究と一致していました。また、我々の結果は、臨床医師と研究者が、角運動量（例えば、安定性のマージン、XCOM）を無視する評価が、角運動量（例えば、FPE）を組み込んだ分析と比較して矢状面の安定性を過小評価する可能性があることを認識すべきであることを示唆しています。FPENOH-CAP（r = 0.82）を除き、メトリック間の違いは、基礎となる逆骨モデルにおける脚の長さの仮定の違反で、中程度に相関していました（| r |≤0.65）。FPEおよびCAPに対するFPENOHの違いは、質量垂直速度の体中心（最大| r | = 0.92）と強く相関しており、質量運動の中心のモデル表現が安定性メトリックに影響を与えることを示唆しています。ただし、モデル入力と安定性メトリックの違いの間には明確な全体的な関係はありませんでした。将来の感度分析は、安定性メトリックに影響を与えるモデル特性に関する追加の洞察を提供する可能性があります。

Maintaining balance on ramps is important for mobility. However, balance is commonly assessed using inverted pendulum-based metrics (e.g., margin of stability), which may not be appropriate for assessment of human walking on non-level surfaces. To investigate this, we analyzed stability on ramps using four different inverted pendulum models: extrapolated center of mass (XCOM), foot placement estimate (FPE), foot placement estimate neglecting angular momentum (FPENoH), and capture point (CAP). We analyzed experimental data from 10 able-bodied individuals walking on a ramp at 0°, ±5°, and ±10°. Contrary to our hypothesis that the magnitude of differences between metrics would be greatest at ±10°, we observed the greatest magnitude of differences between metrics at 0°. In general, the stability metrics were bounded by FPE and CAP at each slope, consistent with prior studies of level walking. Our results also suggest that clinical providers and researchers should be aware that assessments that neglect angular momentum (e.g., margin of stability, XCOM) may underestimate stability in the sagittal-plane in comparison to analyses which incorporate angular momentum (e.g., FPE). Except for FPENoH-CAP (r = 0.82), differences between metrics were only moderately correlated (|r|≤0.65) with violations of leg length assumptions in the underlying inverted pendulum models. The differences in FPENoH relative to FPE and CAP were strongly correlated with body center of mass vertical velocity (max |r| = 0.92), suggesting that model representations of center of mass motion influence stability metrics. However, there was not a clear overall relationship between model inputs and differences in stability metrics. Future sensitivity analyses may provide additional insight into model characteristics that influence stability metrics.