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Development of horizontal direction lower limb muscle strength evaluation and strengthening method in closed kinetic chain for the development of preventive methods for knee trauma and overuse injury.

Research Project

Project/Area Number 17H02135
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Rehabilitation science/Welfare engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Yoshinori Kimura  大阪大学, 医学部附属病院, 理学療法士 (00571829)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中田 研  大阪大学, 医学系研究科, 教授 (00283747)
向井 公一  四條畷学園大学, リハビリテーション学部, 准教授 (00353011)
前 達雄  大阪大学, 医学系研究科, 特任教授(常勤) (10569734)
小柳 磨毅  大阪電気通信大学, 医療健康科学部, 教授 (20269848)
小柳 健一  富山県立大学, 工学部, 教授 (30335377)
玉本 拓巳  富山県立大学, 工学部, 助教 (30800908)
武岡 健次  武庫川女子大学短期大学部, 健康・スポーツ学科, 准教授 (50342184)
辻内 伸好  同志社大学, 理工学部, 教授 (60257798)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2017: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Keywordsトレーニング装置(ロボット)) / 膝関節 / 前十字靱帯 / 外傷予防 / 障害予防 / ER流体 / リハビリテーション / closed kinetic chain / トレーニング装置(ロボット) / 膝関節外傷予防 / 高齢者障害予防 / 膝前十字靱帯 / 前十字靱帯損傷 / 筋力トレーニング
Outline of Final Research Achievements

In order to contribute to the prevention and rehabilitation of knee trauma and overuse injury, this study aimed to develop a method for evaluating and strengthening lower limb muscle strength by horizontal resistance to both legs in closed kinetic chain. We developed a training device using ER (electrorheological) fluid and computer-controlled software, a tread swing that does not interfere with the natural movement of the foot, and a real-time posture evaluation / feedback method. The training device has durability against both leg exercises and enables the subject to smoothly exert his / her muscle strength. The control system software has realized quick reversal of the load direction and change of the load speed. This system worked without adverse events in biological experiments on healthy subjects.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

立位の荷重状態(閉鎖運動連鎖)において、両脚に水平方向の負荷を同時に与えるトレーニング手法とそれを実現する装置からなるトレーニングシステムは過去に報告がなく、本研究成果は新たなリハビリテーション科学およびトレーニング科学における下肢筋力の評価/トレーニング方法論、機械工学における機械構造と制御理論を提供した。本トレーニングシステムを基盤とし、様々な運動形態における生体運動力学を解析し、膝関節への不要な負荷を回避して筋負荷を効果的に高める方法を抽出することにより、従来の方法論にはなかった新たなトレーニングの創出と、これらを応用した幅広い対象の外傷・障害予防、機能回復の科学への貢献が期待される。

Report

(5 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Tread-surface Swing Mechanism of Lower Limbs Strength Training Device2019

    • Author(s)
      Takumi Tamamoto, Ken'ichi Koyanagi, Yoshinori Kimura, Maki Koyanagi, Akio Inoue, Tomoaki Murabayashi, Kei Sawai, Tatsuo Motoyoshi, Hiroyuki Masuta, Toru Oshima
    • Journal Title

      Proc. of 2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations

      Volume: none Pages: 417-421

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ERIK: an isokinetic exercise device for the lower limbs.2018

    • Author(s)
      Ken'ichi Koyanagi, Yoshinori Kimura, Maki Koyanagi, Akio Inoue, Takumi Tamamoto, Kei Sawai, Tatsuo Motoyoshi, Hiroyuki Masuda, Toru Oshima
    • Journal Title

      Robomech J

      Volume: vol. 5 Issue: 1 Pages: 15-15

    • DOI

      10.1186/s40648-018-0112-z

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 下肢筋力トレーニング装置における足置台揺動機構の提案2018

    • Author(s)
      玉本拓巳、小柳健一、 木村佳記、小柳磨毅、 井上昭夫、 増田寛之、本吉達郎、 澤井圭、大島徹
    • Journal Title

      日本ロボット学会予稿集

      Volume: none

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  • [Journal Article] Comparison of Load Profiles in a Resistive Single Leg Squat2018

    • Author(s)
      Ken'ichi Koyanagi, Yoshinori Kimura, Maki Koyanagi, Akio Inoue, Takumi Tamamoto, Kei Sawai, Tatsuo Motoyoshi, Hiroyuki Masuda, Toru Oshima, Hiroyuki Masuda, Toru Oshima
    • Journal Title

      Proceedings of the 2018 12th France-Japan and 10th Europe-Asia Congress on Mechatronics

      Volume: none Pages: 326-331

    • DOI

      10.1109/mecatronics.2018.8495735

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    • Author(s)
      小柳健一, 木村佳記, 小柳磨毅, 井上昭夫, 玉本拓巳, 澤井圭, 増田寛之, 本吉達郎, 大島徹
    • Journal Title

      第23回ロボティクスシンポジア 予稿集

      Volume: none Pages: 239-242

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      松波恭平,小柳健一,玉本拓巳,野田堅太郎,塚越拓哉,大島徹
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      学会等名第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
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      松波恭平,小柳健一,玉本拓巳,野田堅太郎,塚越拓哉,大島徹
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      2020年度電気・情報関係学会北陸支部連合大会
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  • [Presentation] ERクラッチを用いて両脚へ同時に負荷を与える筋力トレーニング装置2020

    • Author(s)
      小柳健一,木村佳記, 井上昭夫, 玉本拓巳, 村林知明, 小柳磨毅, 野田堅太郎,塚越拓哉,大島徹
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      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
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  • [Presentation] 筋活動による筋音・筋電の比較と筋疲労の評価2020

    • Author(s)
      大塚崇平,塚越拓哉,野田堅太郎,小柳健一, 大島徹,玉本拓巳
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
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  • [Presentation] 下肢筋力トレーニングにおける機械学習を用いた姿勢評価方法の検討2020

    • Author(s)
      松波恭平,小柳健一,玉本拓巳,野田堅太郎,塚越拓哉,大島徹
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
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  • [Presentation] EBMO: Equipment for Bilateral Movement Training with a Horizontal Resistance Force Using an ER Fluid Brake2019

    • Author(s)
      K. Koyanagi, Y. Kimura, A. Inoue, M. Koyanagi, T. Tamamoto, K. Noda, T. Tsukagoshi and T. Oshima
    • Organizer
      17th International Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 単眼RGB-Dカメラを用いた筋力トレーニング中の運動姿勢計測の試み2019

    • Author(s)
      小柳健一,木村佳記,小柳磨毅,玉本拓巳,澤井圭,増田寛之, 本吉達郎,大島徹
    • Organizer
      日本機械学会2019年度年次大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] read-surface Swing Mechanism of Lower Limbs Strength Training Device2019

    • Author(s)
      Takumi Tamamoto, Ken'ichi Koyanagi, Yoshinori Kimura, Maki Koyanagi, Akio Inoue, Tomoaki Murabayashi, Kei Sawai, Tatsuo Motoyoshi, Hiroyuki Masuta,Toru Oshima
    • Organizer
      2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 下肢筋力トレーニング装置における足置台揺動機構の提案.2018

    • Author(s)
      玉本拓巳、小柳健一、 木村佳記、小柳磨毅、 井上昭夫、 増田寛之、本吉達郎、 澤井圭、大島徹
    • Organizer
      第36回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2018)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparison of Load Profiles in a Resistive Single Leg Squat2018

    • Author(s)
      Ken'ichi Koyanagi, Yoshinori Kimura, Maki Koyanagi, Akio Inoue, Takumi Tamamoto, Kei Sawai, Tatsuo Motoyoshi, Hiroyuki Masuda, Toru Oshima, Hiroyuki Masuda, Toru Oshima
    • Organizer
      2018 12th France-Japan and 10th Europe-Asia Congress on Mechatronics
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 下肢等速性筋力トレーニング装置ERIK2017

    • Author(s)
      小柳健一, 木村佳記, 小柳磨毅, 井上昭夫, 玉本拓巳, 澤井圭, 増田寛之, 本吉達郎, 大島徹
    • Organizer
      第23回ロボティクスシンポジア
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 歩行を模擬した目標速度曲線を用いた下肢筋力トレーニング2017

    • Author(s)
      小柳健一,木村佳記,小柳磨毅,井上昭夫,玉本拓巳,澤井圭,増田寛之,本吉達郎,大島徹
    • Organizer
      第38回バイオメカニズム学術講演会
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    • Int'l Joint Research
  • [Book] パーフェクト前十字靭帯再建術 (ACL)2020

    • Author(s)
      木村佳記(分担):石橋 恭之、黒田 良祐、前 達雄(編)
    • Total Pages
      288
    • Publisher
      金芳堂
    • ISBN
      9784765318419
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2022-01-27  

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