| Project/Area Number |
22K17583
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
稲井 卓真 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (20932487)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 歩行 / センサ / 加速度 / リハビリテーション / モーメント / インパルス / 股関節 / 簡易センサ / 負荷 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、変形性股関節症の進行に関連する、日常歩行に関する唯一のリスク因子として股関節累積負荷が報告された。しかし、動作解析装置を用いずに股関節累積負荷を定量化する方法は確立されておらず、この指標を日常的かつ継続的に評価することができない。そこで、本研究は簡易センサで日常歩行中の股関節累積負荷を定量化する方法を確立する。具体的には、簡易センサから収集可能な、歩行中の身体部位の加速度情報から、股関節累積負荷を構成する股関節モーメントインパルスを推定するモデルを構築し（１）どの身体部位の加速度情報からインパルスの推定が可能か、（２）どの身体部位の加速度情報を用いることで推定精度が高いかを検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画の目的は、簡易センサで日常的かつ継続的に股関節累積負荷の評価が可能な社会を目指し、そのために（１）各身体部位の加速度情報から歩行中の股関節モーメントインパルスを推定すること、および（２）各モデルの妥当性を検証し、推定精度が高いモデルを決定することである。
2022年度、健常成人188名を対象とした歩行データを用いて分析を実施した。具体的には、歩行中の腰部、手関節、膝関節、足関節、足部、胸部の計6か所の加速度波形を計算し、各部位の加速度波形から股関節を含む下肢関節モーメントを機械学習で推定し、それぞれのモデルの精度を検証した。機械学習のセッティングについて、188名のうち152名を訓練データ、36名をテストデータとし、中間層が1層（ノード数は20）のバックプロパゲーションを用いた。推定精度の検証のために、正規化平均二乗誤差平方根（NRMSE）を計算した。その結果、他の部位と比較して、歩行中の腰部の加速度を用いて股関節を含む下肢関節モーメントを推定することで最も高い精度が得られることが明らかとなった（稲井と高林、2022）。2023年度には、歩幅・ケイデンスと立脚期の股関節モーメントインパルスの関係を明らかにして、学会で成果を発表した（稲井と高林,2023）。ケイデンスなどの歩行指標は簡易センサから計測が可能であり，本知見は本研究課題の「簡易センサから歩行中の股関節モーメントインパルスの推定精度の向上」に資する知見だと考える。
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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
股関節モーメントインパルスをより高い精度で推定するための重要な基礎知見を得ているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、加速度センサから下肢関節モーメントインパルスを推定するためのアルゴリズム開発を進める。現状は股関節モーメントの推定が中心であったため，モーメントのインパルスの精度検証も実施していく。
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