Development of the swallowing rehabilitation system using tongue motion estimation by intraoral electromyography.
| Project/Area Number |
17K13089
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Field |
Rehabilitation science/Welfare engineering
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
中谷 真太朗 鳥取大学, 工学研究科, 講師 (10781700)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | ニューロリハビリテーション / 摂食嚥下障害 / 筋電位 / リハビリテーションロボット / 舌 / 等張性収縮 / リハビリテーション / 摂食嚥下 / マン―マシンインタフェース / 生体医工学 / ニューロフィードバック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，電極を取り付けたマウスピースを用いた口腔内電位の計測によって舌の動作状況を可視化できる舌運動訓練システムの開発である．本年度は，識別結果を用いたディスプレイ上へのカーソル表示方法の提案に加えて，開発した舌挙上運動トレーニングシステムによる健常人に対する臨床実験について取り組んだ．
舌運動に応じたディスプレイ上へのカーソル表示方法については，個人の運動能力に合わせたパラメータ調整を制御器調整法であるFRIT(fictious reference iterative tuning)によって行わせることとし，その際の理想のカーソルの軌道をあらかじめ人間の腕のリーチング軌道を模したモデルであるTBG(time based generator)を利用することを提案した．本手法において線形時不変システムにおいて利用可能なFRITを，時間軸の非線形化によって非線形のTBGモデルに適用することができることをシミュレーションにより示した．この成果は，学術誌 計測自動制御学会論文集にて発表した．
平行して，舌の上下動時に舌に対して下向きに一定の負荷をかけることができる装置の開発を進めた．一定の負荷を与えながら運動を行わせる動的一定外力抵抗訓練というトレーニング法が知られているが，これを舌の挙上訓練において実現させた．本装置を用いた健常人に対する臨床実験を行い，代表的な舌運動機能の評価手法である最大挙上舌圧や，一定時間内の発生回数を計測するオーラルディアドコキネシスによる結果との比較を行った．本成果は，日本ニューロリハビリテーション学会学術集会およびSICE 2019 において口頭発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標に対して，以下の通り取り組んだ．
１．臨床対応に向けたシステムの小型化・高機能化：システムの高機能化に向けたシステムの調整を進めた．この際，昨年度に提案したターゲットに向かってカーソルを動かしてもらう際，参加者の運動能力に合わせて課題の難易度を自動で適切に変化させるための手法について，理論の定式化に時間を要してしまったものの論文出版につながった．また，本手法のシステムへの実装はある程度終了しており，実験を進める予定である．
２．舌挙上運動トレーニングシステムの介入研究：健常人に対する舌の運動訓練に向けて，運動中も外部から一定の負荷を常に与えることができるシステムを開発した．本システムの安全性を確保するため，動力源であるモータと舌と接する舌圧子は弾性要素を介して接続されるようにし，直列弾性駆動によるインピーダンス制御を実装することで柔らかな応答が可能であるシステムとした．本装置を用いた健常人に対する臨床試験を進めたところ，当初の予想とは異なる結果が得られた．一般に舌の運動機能評価として利用される，挙上時の最大舌圧や，発声の際の素早い舌運動を評価する指標であるオーラルディアドコキネシスと，開発したシステムによる評価には一定の相関が見られた．
３．舌運動能力の計測結果の応用：上記の実験結果を観察すると，最大発揮筋力と負荷時の俊敏性の間には負の相関が見られた．このことは，個人によって運動機能に異なる特性があることを示している可能性がある．しかしながら現在は健康な20-30代の結果しか計測できていないことから，より多くの年代に対する実験を進める必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
舌運動に伴いカーソルが動くシステムでの実験について，実装の遅れによって当初の計画年度を過ぎて実施する必要が出たため，当初の計画年度を１年延長することとした．準備的な結果は既に得られており，手法のコンセプトの正しさを示すための実験と，実用性を高めるためのシステム改修を進める．
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
