多種競技における頭部衝撃継続収集と大規模力学解析に基づく脳震盪発生基準の構築
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20H04073
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 59020:Sports sciences-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮崎 祐介 東京工業大学, 工学院, 准教授 (70432135)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中山 晴雄 東邦大学, 医学部, 講師 (10537377)
張 月琳 上智大学, 理工学部, 准教授 (20635685)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | 傷害バイオメカニクス / スポーツ脳振盪 / 脳震盪 / スポーツ外傷 |
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| Outline of Research at the Start |
脳震盪は柔道，アメリカンフットボール，野球など多様なスポーツにおいて発生しており，その繰り返しによる重症化やより長期にわたる記憶障害への影響が指摘されている．そこで，本研究では， (1)マウスピース型衝撃センサによる実競技環境下における衝撃条件・診断情報統合データの長期継続収集， (2)世界唯一の次世代頭部ダミーを用いた再現実験と人体有限要素モデルを用いた大規模シミュレーションに基づく事故再現による脳変形情報収集に基づく大規模スポーツ脳震盪データベースを構築し，それに機械学習手法を適用することにより，スポーツ脳震盪の発生基準を構築することを目的としている．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではスポーツにおける広範な衝撃条件に対応した脳振盪発生基準を構築することを目的とする．具体的には以下の4点に関して研究を行うことを目的としている．
(1)マウスピース型衝撃センサによる実競技環境下における衝撃条件・診断情報統合データの継続収集， (2)世界唯一の次世代頭部ダミーとシミュレーションによる衝撃再現に基づく脳変形情報の取得，(3)衝撃条件・診断情報・脳変形挙動からなる脳震盪データベースの構築(4)機械学習により広範な衝撃条件に対応した脳震盪発生基準（人工知能モデル）を構築する．上記のうち(1)については，コロナウイルス禍による制約のため，実競技環境下での頭部衝撃計測は困難であった．そこで，前年度計測を行ったサッカーにおけるヘディングを対象としたマウスピース衝撃センサを用いた衝撃計測結果に基づき，衝撃シミュレーションをさらに実施し，他の競技環境下における頭部衝撃条件との比較を行い，一度のヘディング衝撃の場合は，脳振盪発生レベルに対して定量的に脳ひずみが小さいことを明らかにした．(2)については頚部筋緊張を考慮した有限要素モデルを用いてヘディングにおける脳ひずみへの影響について検討を行った．さらには，(4)の機械学習モデリングについては，時系列波形予測が可能なRNNの一種であるLSTMを用いて，脳内４部位の最大主ひずみ波形を高速に予測する機械学習手法を開発し，これによりアメリカンフットボールや自動車事故などの様々な衝撃条件における脳ひずみ波形を高精度かつ高速に計算可能な手法の開発を行った．
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
