頚髄損傷者の歩行再建に向けた歩行支援ロボット練習システム開発とその有用性検証

• Project/Area Number: 22K11406
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Fujita Health University
• Principal Investigator: 小山 総市朗 藤田医科大学, 保健学研究科, 准教授 (90754705)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田辺 茂雄 藤田医科大学, 保健学研究科, 教授 (50398632) ; 井伊 卓真 藤田医科大学, 保健衛生学部, 助教 (50815074)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 装着型歩行支援ロボット / 歩行練習 / 頸髄損傷 / 歩行 / ロボット / 脊髄損傷 / 練習

Outline of Research at the Start

世界的に、脊髄損傷者に対する装着型歩行支援ロボットの実運用が加速している。歩行支援ロボットの多くは、歩行者自ら杖や歩行器で立位を保持し、ロボットが生成する歩行動作に合わせて適切な時期に左右への重心移動を行う必要がある。本研究では、頸髄損傷者の歩行支援ロボットを用いた自立歩行獲得に向けた、歩行練習法を構築する。初めに、歩行支援ロボットの歩行動作と歩行者の左右への重心移動時期の計測システムを構築する。この計測システムを用いて、WPAL歩行習熟者の重心移動時期、WPAL歩行未熟者の歩行練習による変化、適切な重心移動時期のフィードバック機構と有用性を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究全体の目的は、頸髄損傷者に対する装着型歩行支援ロボットWearable Power Assist Locomotor （WPAL）を用いた自立歩行獲得に向けた、歩行動作の適切な時期での、左右への重心移動を獲得する練習手法の構築と、その有用性の検討を行うことである。2022年度の目標は、WPALの歩行周期と歩行者の重心移動時期との同期計測システムを構築することであった。WPALの歩行周期を収録できるシステムとして足底部へのフットスイッチ（121-BP、株式会社テープスイッチジャパン）を追加した。フットスイッチは長さ300mmの製品を用いて、WPALの両脚足底部の足長よりも僅かに長めを選択した。フットスイッチの貼付位置は、WPAL足底部足幅の中心、すなわち踵部中央から足尖中央を通る位置とした。フットスイッチは、有線ケーブルによってA/D変換器と接続し、PCにデータを入力した。データの計測および解析プログラムは、グラフィカルプログラミング言語であるLabVIEW（NI社製）を用いて自作した。その結果、WPALの歩行中におけるリアルタイムな足底接地情報の表示が可能になった。そして、WPAL制御器からの歩行周期データと実際の足底部と床面との接触データの同期計測が実現できた。このシステムを用いて、2023年度には、WPAL歩行の習熟者を対象として、WPALの歩行周期と歩行者の重心移動時期の関係性を明らかにする。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究全体の目的は、脊髄損傷者の歩行再建を達成するために開発された装着型歩行支援ロボットWearable Power Assist Locomotor （WPAL）を用いて、頸髄損傷者の自立歩行獲得に向けた歩行動作の適切な時期での、左右への重心移動を獲得する練習手法の構築とその有用性の検討を行うことである。2022年度は、WPALの歩行周期と歩行者の重心移動時期との同期計測システムを構築した。研究の実施計画に従って、予定通り同期計測システムの構築は完了した。2023年度は、WPAL歩行の習熟者を対象として，WPALの歩行周期と歩行者の重心移動時期の関係性を明らかにするため、WPAL習熟者が歩行周期のどの時期に重心移動を行うかを明らかにすることに挑戦する。

Strategy for Future Research Activity

初年度の研究において、WPALの歩行周期と歩行者の重心移動時期との同期計測システムが構築できた。そのため、当初の計画通り、2023年度はWPAL習熟者が歩行周期のどの時期に重心移動を行うかを明らかにする。全ての実験は倫理審査委員会で承認された手順に則って実施する。なお、WPAL習熟者であっても実験前には、全例WPALを用いた歩行を十分に安定して行えるまで練習を行わせる。練習には医療従事者が付き添い研究対象者の安全を最大限配慮し転倒予防ベルト装着して安全に実施する。2023年の研究費の主な使途は、データ解析用デスクトップPCと解析用のソフトウェアと画像解析ソフトウェアを予定している。その他は、研究の進捗に伴って、さらなる改良が必要となった際に購入を検討する。