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

1990 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 湘南工科大学, 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 / 機能代行システム / PID制御 / 適応制御 / 対麻痺者 / 片麻痺者 / リハビリテ-ション / 筋電図

Research Abstract

(1)コンピユ-タ制御による機能的電気刺激(FES)システムを用いて関節角度ならびに筋張力のフィ-ドバック制御を可能にしたが、さらに目標値フィルタ型2自由度PID制御器を用いた足関節と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。(2)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適応制御器の導入を試み、制御対象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。これと並行して膝関節と足関節の同時制御を行な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間節間の相互影響を軽減する協調制御法を開発した。(3)筋電信号のARモデル解析にもとづく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。また、各種動作に係わる主働筋の特性と筋疲労の特性を明らかにした。(4)歩行において重要な股関節の振り上げ動作のFES制御と起立姿勢保持制御の実現化をはかった。とくに起立動作および立位保特動作をFES単独使用で実現する場合、FESと長下肢装具の併用の場合、長下肢装具単独使用の場合について床反力を測定することによって比較検討した結果、起立動作ではFES単独、立位保特動作では併用型が望ましいことを明かにした。これよりFESの使用が有効であると結論づけられた。(5)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解認し、また臨床応用ヘ向けて改善をはかった。さらに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抑制と筋力強化に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] 周 起煥、南谷 晴之: "連続ダイナミック動作時の筋疲労の解析ー動作筋電図の中間周波数と血中乳酸農度の特性ー" 電子情報通信学会論文誌(条件付き採録). Jー74DーII. (1991)
• [Publications] 久保 公人,井口 弥寿彦、板倉 直明、藤田 欣也、南谷晴之: "FES二関節制御系における拮抗筋の硬さ制御を用いた外乱抑制" 電子情報通信学会論文誌. Jー74DーII,12. (1991)
• [Publications] 周 起換、南谷 晴之、: "急速動作筋電図のパワ-スペクトルにおける中間周波数解析" 電子情報通信学会論文誌. Jー73Dー11,12. 2063-2070 (1991)
• [Publications] 根武 谷吾、南谷 晴之、白川 守、本多 純男: "マイクロバイブレ-ションを用いた痙性の計測" 第5回生体生理工学シンポジウム論文集. 310-304 (1990)
• [Publications] 井口 弥寿彦、藤田 欣也、南谷 晴之: "非線形特性を補償したFESによる関節動作の開ル-プ制御" 電子情報通信学会論文誌. J73ーDーII,10. 1813-1816 (1990)
• [Publications] 板倉 直明,周 起換,井口 弥寿彦,藤田 欣也、南谷 晴之: "筋電信号フィ-ドバックを用いたFES関節連動制御システム" 電子情報通信学会論. J73ーDーII,10. 0809-1812 (1990)
• [Publications] 板倉 直明,久保 公人,井口 弥寿彦,藤田 欣也,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. Jー72DII,9. 1543-1549 (1989)
• [Publications] 藤田 欣也、板倉 直明,久保 公人,井口 弥寿彦,南谷 晴之: "モデル規範型適応制御器を用いた機能的電気刺激による関節角制御" 電子情報通信学会論文誌. Jー71D,12. 1329-1334 (1988)
• [Publications] 久保 公人,板倉 直明,井口 弥寿彦,藤田 欣也,南谷 晴之: "機能的電気刺激における腓腹筋縮力の推定" 電子情報通信学会論文誌. J71ーD,11. 2474-2477 (1988)
• [Publications] 久保 公人,藤田 欣也,板倉 直明,井口 弥寿彦,南谷 晴之: "機能的電気刺激を用いた足、膝,二関節閉ル-プ制御" 電子報通信学会論文誌. Jー71D,10,. 1329-1334 (1988)
• [Publications] 藤田 欣也、板倉 直明、久保 公人、南谷 晴之: "筋電気刺激における目標値フイルタを備えたヒト足首関節角制御システム" 電子情報通信学会論文誌. J70ーD,8. 1651-1658 (1987)
• [Publications] 藤田 欣也,野口 隆敏,村上慶郎,南谷 晴之: "機能的電気刺激による立位機能の再建" 第11回バイオメカニズム学術講演会論文集. 229-232 (1990)
• [Publications] 根武 谷吾,南谷 晴之、白川 守、本多 純男: "機能的電気刺激中における痙性抑制効果" 第11回バイオメカニズム学術講演会論文集. 233-236 (1990)
• [Publications] 周 起換、王 小鍋,南谷 晴之,大西 祥平,山崎 元: "連続ダイナミック動作時の筋疲労特性の評価" 第11回バイオメカニズム学術講演会論文集. 143-146 (1990)
• [Publications] K.Fujita,H.Minamitani,T.Noguchi,K,MuraKami,T.Tomatsu: "Design of feedback FNS standing system" Advances in External of Human Extremities. 10. 131-143 (1990)
• [Publications] 板倉 直明,久保 公人,井口 弥寿彦,藤田 欣也,南谷 晴之: "PI制御を結合したFES筋張力適応制御" 電子情報通信学会論文誌. Jー72DII,10. 1737-1745 (1989)
• [Publications] 板倉 直明,山本 欧,久保 公人,井口 弥寿彦,藤田 欣也,南谷 晴之: "電気刺激による発生筋張力の筋電信号からの維定" 電子情報通信学会論文誌. Jー72DII,9. 1592-1595 (1989)
• [Publications] 板倉 直明,久保 公人,井口 弥寿彦,周 起換,藤田 欣也,南谷 晴之: "バイオメカニズム 10 「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, 7 (1990)
• [Publications] 藤田 欣也,板倉 直明,久保 公人,南谷 晴之: "バイオメカニズム 9 「FESによる関節角制御システムの改善と負荷問題」" バイオメカニズム学会編 東京大学出版会, 8 (1988)