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Development of AI medical care system that predicts / prevents locomotive syndrome from the characteristics of knee joint acoustic and body-balance.

Research Project

Project/Area Number 21K12655
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

NAGAO Mitsuo  日本大学, 工学部, 研究員 (90139064)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 紺野 愼一  福島県立医科大学, 医学部, 博士研究員 (70254018)
荊 雷  会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (30595509)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords運動器症候群 / 膝関節音 / WOMAC / Small Data / バランス能力 / AI / small data / 歩行長寿 / 変形性膝関節症 / ロコモティブシンドローム / 過学習 / 身体活動 / 機械学習 / 中高齢者 / WOMAC変形性関節症指数 / データ拡張 / 膝関節 / 人工知能 / AI人工知能 / 重心動揺
Outline of Research at the Start

・AIを用いて中高齢者の運動器症候群(ロコモティブシンドローム)を診断予知し、これに基づく予防の処方箋を提示する計測診断方法の開発を目指し、高齢者の歩行長寿に貢献する。
・特徴はいつでもどこでも誰にでも簡便に計測可能なシステムを想定している。
・予知/予防とは臨床と工学の相互データから学習させた予測精度が高いAIアルゴリズムを構築する。
・AI構築の対象はロコモ度、関節音、バランス、アライメントから試行し、精度向上と最適化を進める。

Outline of Final Research Achievements

A strong correlation was observed between wobbly knee joint and trunk balance. The AI data is virtual data based on responses to standard disease-specific rating scales for knee osteoarthritis and clinical data. We proposed a machine learning technology that efficiently achieves high accuracy with a small amount of data, and improved the recognition rate from 60% to over 94%. As a result, we obtained results that contribute to the prediction/prevention of locomotive syndrome. The wobbling motion of the knee joint is measured using a combined inertial and acoustic pasted sensor.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義:体幹バランスと膝関節揺動運動の相関を認める計測因子と解析方法の成果は、生体信号計測デバイスの小型化に利する。診療データの標準化によりAI技術の進化で診療に工学的なエビデンスの活用が期待できる。
社会的意義:予知/予防の視点から、フレイル・介護予防等のリスク管理、包括的な循環型リスク診療管理・健康づくりに関わる医療・ヘルスケア事業関係者には簡便に計測できるデバイスとして活用できる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 7 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] PIFall: A Pressure Insole-Based Fall Detection System for the Elderly Using ResNet3D2024

    • Author(s)
      Wei Guo, Xiaoyang Liu, Chenghong Lu, and Lei Jing
    • Journal Title

      Electronics

      Volume: 13 Issue: 6 Pages: 1-24

    • DOI

      10.3390/electronics13061066

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measurement of Hand Joint Angle Using Inertial-Based Motion Capture System2023

    • Author(s)
      C. Lu, Z. Dai and L. Jing
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

      Volume: 72 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1109/tim.2023.3237821

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pedestrian Dead Reckoning with Low-Cost Foot-Mounted IMU Sensor2022

    • Author(s)
      Yamagishi Shunsei、Jing Lei
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 13 Issue: 4 Pages: 610-610

    • DOI

      10.3390/mi13040610

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Association between single limb standing test results and healthcare costs among community-dwelling older adults2021

    • Author(s)
      Tominaga Ryoji、Yamazaki Shin、Fukuma Shingo、Goto Rei、Sekiguchi Miho、Otani Koji、Iwabuchi Masumi、Shirado Osamu、Fukuhara Shunichi、Konno Shin-ichi
    • Journal Title

      Archives of Gerontology and Geriatrics

      Volume: 92 Pages: 104256-104256

    • DOI

      10.1016/j.archger.2020.104256

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Resembling Atypical Femoral Fracture After Fixation With Retrograde Intramedullary Nail in Elderly Women: A Report of Two Cases2021

    • Author(s)
      Yojiro Takahashi, Satoshi Hatashita, Yumetaka Shinden, Masayuki Ito, Youichi Kaneuci, Michiyuki Hakozaki, Shinichi Konno
    • Journal Title

      In Vivo

      Volume: 35 Issue: 3 Pages: 1837-1842

    • DOI

      10.21873/invivo.12445

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Exponential correlations among neuropathic components, pain intensity, and catastrophic thoughts in patients with musculoskeletal pain disorder2021

    • Author(s)
      Kousuke Saita, Masahiko Sumitani, Takuya Nikaido, Miho Sekiguchi, Reo Inoue, Hiroaki Abe, Shinichi Konno, Kanji Uchida
    • Journal Title

      Current Medical Research and Opinion

      Volume: 37 Issue: 8 Pages: 1341-1348

    • DOI

      10.1080/03007995.2021.1929137

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Efficacy of duloxetine for multisite pain in patients with knee pain due to osteoarthritis: An exploratory post hoc analysis of a Japanese phase 3 randomized study2021

    • Author(s)
      Naohiro Itoh, Toshinaga Tsuji, Mitsuhiro Ishida, Toshimitsu Ochiai, Shinichi Konno, Yuji Uchio
    • Journal Title

      Journal of Orthopaedic Science

      Volume: 26 Issue: 1 Pages: 141-148

    • DOI

      10.1016/j.jos.2020.02.013

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  • [Presentation] 膝関節揺動と重心動揺計との相関に関わる試行2023

    • Author(s)
      長尾 光雄、岡田 浩暢
    • Organizer
      日本設計工学会 2023 年度 秋季大会研究発表講演会
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      DEIM Forum 2023
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      長尾 光雄
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      MDF2022-第1回-医工連携マッチング例会(第1回)
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      岡田 浩暢、長尾 光雄
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      LIFE2022
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      長尾 光雄、岡田 浩暢
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  • [Presentation] 膝関節音・バランスから眺めたロコモ予防の早期診断支援システム構築に関する研究2022

    • Author(s)
      長尾 光雄、平野 雄三、紺野 愼一、荊 雷
    • Organizer
      メディカルクリエーションふくしま2022(第18回医療機器展示会)
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  • [Presentation] 下肢屈伸動作からフレイルとロコモ予防の可能性に挑戦2022

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      長尾 光雄
    • Organizer
      JST-科学技術振興機構-新技術説明会
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    • Invited
  • [Presentation] KOSIGNデータを拡張するためのData Augmentation手法の検討2022

    • Author(s)
      中村 友里也、 荊 雷
    • Organizer
      NII-IDRユーザフォーラム 2022
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  • [Presentation] 試作した骨関節音響センサの信号特性と計測事例2021

    • Author(s)
      岡田 浩暢,高田 秀太,長尾 光雄
    • Organizer
      日本機械学会東北支部第57期秋季講演会
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  • [Presentation] 運動型健康増進施設利用者のバランスと膝関節音響の調査2021

    • Author(s)
      岡田 浩暢,鈴木 あゆむ,長尾 光雄
    • Organizer
      日本設計工学会東北支部設立45周年記念研究発表講演会
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  • [Presentation] 膝関節屈伸音計測センサの開発2021

    • Author(s)
      西山 里菜,小山 虹生,岡田 浩暢,長尾 光雄
    • Organizer
      日本設計工学会東北支部設立45周年記念研究発表講演会
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  • [Presentation] 平面上を円筒接触子が往復摺動する摩擦に関する実験2021

    • Author(s)
      桑原 舜,岸本 翼,岡田 浩暢,長尾 光雄
    • Organizer
      日本設計工学会東北支部設立45周年記念研究発表講演会
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      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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