上肢リハビリテーション支援ロボットのアシスト量の定量化と課題難易度の関連性の解明

• Project/Area Number: 22K17600
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Hyogo Medical University
• Principal Investigator: 内山 侑紀 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (50725992)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: ロボットリハビリテーション / 課題難易度 / 上肢 / アシスト / リハビリテーション / ロボット

Outline of Research at the Start

本研究では、上肢麻痺に対する上肢リハビリテーション支援ロボット（上肢ロボット）による肩関節運動のアシスト量の定量化と上肢課題の達成度や難易度との関連性の解明を目的としている。これにより上肢麻痺の重症度に応じた上肢ロボットの適切なアシスト量に関連するパラメータを解明することが可能となり、従来よりもさらに運動学習効果を高める上肢ロボット治療の確立や新たな上肢ロボットの開発が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度は研究環境の整備と実証実験、データ収集の開始を目標として研究活動を実施した。2022年度前半は研究協力機関である株式会社国際電気通信基礎技術研究所と開発中の肩関節の屈曲運動をアシストし、そのアシスト量を変化させることできる上肢外骨格型リハビリテーション支援ロボット（上肢ロボット）を研究環境となる関西リハビリテーション病院に設置し、健常者を用いた上肢ロボットの実証実験や通信環境の整備を行なった。また兵庫医科大学において本研究実施における倫理審査承認を取得し、実際に対象患者に対して研究実施ができる状況となった。2022年度後半は、実際に対象患者のリクルートを行い、回復期リハビリテーション入院中の脳卒中患者に対して実際に上肢ロボットを使用した実証実験を行なった。
対象患者は関西リハビリテーション病院に入院中の中枢神経疾患(脳卒中、脊髄損傷等)による上肢麻痺のある患者とし、除外基準は 1. 機能障害のある上肢の外傷や関節可動域制限等の理由により、上肢外骨格ロボットの装着が困難な者、2. 重度の認知症や高次脳機能障害、失語症により、研究目的の十分な理解が困難な者とした。説明と同意が得られた対象患者の麻痺側上肢に上肢ロボットを装着し、リーチ課題(肩関節および肘関節の屈曲伸展運動)にいて前上方のターゲットへの上肢リーチ課題およびボタンのタップ課題により、肩関節の屈曲運動のアシスト量を10%ごとに変化させ(アシスト量は肘伸展位の重力成分で100%を定義)、関節角度(肩関節・肘関節))や関節トルク(肩関節、肘関節)や課題の達成時間を測定した。対象患者に対する一連の実証実験では上肢ロボットは問題なく作動し、実際のリーチ課題においては上肢ロボットのアシスト率を変化させることで主観的に課題の難易度や各種パラメータが変化することが確認された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2022年度中の研究環境の整備と実証実験、データ収集の開始の目標が達成されたため。

Strategy for Future Research Activity

引き続き対象患者のリクルートとデータ収集を継続するが、収集されたデータから、上肢機能障害の重症度( 各種上肢機能評価項目により分類)や上肢ロボットのアシスト量との相関関係を解析する。
現状の問題点として、開発中の上肢ロボットが右上肢用の仕様のため、対象患者の選択に制限が生じている。今後は研究協力機関である株式会社国際電気通信基礎技術研究所と連携して左上肢にも適用可能な上肢ロボットの開発も必要である。