安価な膝用ウェアラブルセンサーで在宅リハをどこまで正確にモニタリングできるか？

この記事の要点

日本語タイトル：安価な膝用ウェアラブルセンサーで在宅リハをどこまで正確にモニタリングできるか？
英語タイトル：KNEESENSE: a low-cost wearable system with hydraulic filament sensing for real-time knee rehabilitation monitoring.

ここでは、膝（ひざ）のけがや手術のあとに行うリハビリテーション（Rehabilitation、機能回復のための訓練）を、自宅でどこまで正確に見守れるかという研究を紹介します。
ふだん整形外科やリハビリの外来で話題になる内容ですが、専門用語はできるだけかみくだいてお話しします。

研究の背景・目的

膝のけがや手術のあとに、リハビリがうまく進まないと、長いあいだ歩きにくさが残ることがあります。
一方で、病院やクリニックに通ってリハビリを続けるには、通院の交通費や時間の負担がかかります。
とくに発展途上国（Developing countries、経済的に発展の途中にある国々）では、リハビリ施設や専門職が十分でないことも多く、必要なリハビリを受けにくい状況があります。
このため、自宅で行うリハビリの様子を、できるだけ簡単で安価な機器で正確にモニタリング（Monitoring、状態を見守り数値として記録すること）できないか、という目的で研究が行われました。

調査の方法（対象など）

研究チームは、膝サポーターと一体になったウェアラブル油圧フィラメントセンサー（Wearable Hydraulic Filament Sensor、膝の曲げ伸ばしによるわずかな変形を、液体の圧力変化としてとらえるセンサー）を新しく開発しました。
このセンサーは1個あたり5ドル程度の低コストで、さらに20ドル程度のワイヤレスDAQユニット（Wireless Data Acquisition Unit、センサーの信号を受け取り、無線でスマートフォンに送る装置）と組み合わせて使います。
この仕組みによって、膝の曲がる角度（膝関節角度）をリアルタイムでスマートフォンに送信できるシステムを構築しました。

研究の結果

このセンサーは、0.2mm（ミリメートル）のごく小さな変位まで検出できる最小検出変位0.2mmという性能を示しました。
感度2.65（センサーがどれくらい変化を大きくとらえられるかを示す値）、最大ヒステリシス4.6％（同じ動きをしても、行きと帰りでどれくらい測定値がずれるかを示す割合）という結果でした。
膝関節角度の推定誤差はRMSE4.1°（Root Mean Square Error、二乗平均平方根誤差で、実際の角度とのずれをまとめて表した値が約4.1度）で、自宅でのモニタリングとして実用的と考えられる精度でした。
また、膝の屈伸運動を100回くり返したあとでも、信号の劣化は0.57％にとどまり、ある程度の耐久性があることも確認されました。

結論：今回の研究でわかったこと

5ドル程度の膝パッド一体型センサーと、20ドル程度のワイヤレス端末を組み合わせることで、膝関節の角度をリアルタイムに計測できました。
その際の誤差は約4.1°で、この研究では、低コストでありながら比較的高い精度を持つシステムとして示されています。

実際の診察ではどう考えるか

このようなシステムを使うことで、自宅での膝の曲げ伸ばしの角度や、関節可動域（Range of Motion、関節がどこまで動くかの範囲）の変化を、数値として追いかけることができる可能性があります。
その結果として、手術後やけがの後に行うホームエクササイズ（自宅で行うリハビリ運動）の内容を、医療者が遠隔で客観的なデータを見ながら調整する際の一つの手がかりとなる可能性があります。

参考文献

KNEESENSE: a low-cost wearable system with hydraulic filament sensing for real-time knee rehabilitation monitoring.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41796186/

※この記事は、医学論文の内容を一般向けに解説したものです。診断や治療の最終判断は、必ず主治医とご相談ください。