機能的電気刺激による麻痺肢の多関節制御及び機能代行システム

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01550341
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 南谷 晴之 慶応義塾大学, 理工学部, 教授 (70051779)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 欣也 相模工業大学, 工学部, 専任講師 (30209051) ; 千野 直一 慶応義塾大学, 医学部, 助教授 (90051531) ; 富田 豊 慶応義塾大学, 理工学部, 助教授 (50112694)
• Keywords: 機能的電気刺激 / PID制御 / 適応制御 / 機能代行システム / 対麻痺者 / 片麻痺者 / リハビリテ-ション / 筋電図解析

Research Abstract

平成元年度の研究成果を以下に記す。
1.コンピュ-タ制御FESシステムにより関節角度・筋張力のフィ-ドバック制御を可能にした。2.目標値フィルタ型2自由度PID制御器を用いた足関節膝関節の関節角および筋張力制御システムを開発し、麻痺者を対象とした制御特性の改善をはかった。3.負荷変動や筋疲労による特性変化の影響を検討し、これを補償するために適応制御器の導入を試み、制御対称の非線形性や時変性に対してより高い安定性補償能力を有するPI制御と適応制御を組み合わせた新しい筋・関節運動制御システムの実現をはかった。4.これと並行して膝関節と足関節の同時制御を行った際の相互影響を検討し、主働筋と拮抗筋の同時刺激収縮によって関節の運動インピ-ダンスを制御し、2関節間の相互影響を軽減する協調制御法を開発した。5.筋電信号のARモデル解析にもとずくARパラメ-タからの発生筋張力の推定を行い、その推定筋張力によるフィ-ドバック制御を可能にした。6.歩行において重要な股関節の振り上げ動作のFES制御を行い、各関節間の相互作用を検討した。また、起立姿勢保持制御の実現化をはかった。7.脊髄損傷による対麻痺者、脳卒中による片麻痺者に対する上記の臨床応用を行い、その一部は臨床的に導入可能であることを確認し、一部は臨床応用へ向けて改善をはかっている。四肢麻痺者にみられる痙性の定量化を行うと同時にその制御と筋力強化にFESを利用する研究を行い、そのための簡易型FES装置を開発した。

Research Products

• [Publications] 板倉直明,久保公人,井口弥寿彦,南谷晴之: "電気刺激による筋張力制御系の安定性の評価" 電子情報通信学会論文誌. J72-DII. 1543-1549 (1989)
• [Publications] 板倉直明,山本欧,周起煥,南谷晴之: "電気刺激による発生筋張力の筋電信号からの推定" 電子情報通信学会論文誌. J72-DII. 1592-1595 (1989)
• [Publications] 板倉直明,久保公人,藤田欣也,南谷晴之: "PI制御を結合したFES筋張力適応制御系" 電子情報通信学会論文誌. J72-DII. 1737-1745 (1989)
• [Publications] 藤田欣也,南谷晴之,板倉直明,井口弥寿彦: "機能的電気刺激による立位姿勢のフィ-ドバック制御" 生体・生理工学シンポジウム論文集. 4. 67-70 (1989)
• [Publications] 井口弥寿彦,板倉直明,藤田欣也,南谷晴之: "機能的電気刺激による股関節動作の閉ル-プ制御" 生体・生理工学シンポジウム論文集. 4. 71-74 (1989)
• [Publications] 板倉直明,井口弥寿彦,藤田欣也,南谷晴之: "筋電信号フィ-ドバックによるFES関節運動制御" 生体・生理工学シンポジウム論文集. 4. 75-78 (1989)
• [Publications] 板倉直明,山本欧,南谷晴之,藤田欣也,井口弥寿彦: "バイオメカニズム(「機能的電気刺激における発生張力の筋電信号からの推定と制御」)" バイオメカニズム学会編 東京大学出版会, (1990)