1999 Fiscal Year Annual Research Report
FESによる四肢動作再建のシミュレーションシステムに関する研究開発
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10558128
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
星宮 望 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005394)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加納 慎一郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00282103)
渡邉 高志 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90250696)
二見 亮弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20156938)
半田 康延 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (00111790)
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| Keywords | 機能的電気刺激 / FES / 運動機能再建 / 筋骨格モデル / パラメータ同定 / 強化現象 |
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| Research Abstract |
臨床の場でFESによる再建動作のより正確な予測を実現することを目的として、特定の患者にモデルを適合するために、筋骨格モデル及びパラメータ同定法を検討し、また、電気刺激による筋の時変的、非線形的応答のモデル表現について検討した。これらについて、本年度は、以下の成果を得た。
1.特定の患者にモデルを適合するために、筋張力を発生するモデルからトルク発生モデルに変更し、そのモデルのパラメータ同定法を提案した。膝関節を対象に、1関節、1筋の電気刺激応答について、提案したモデル及びパラメータ同定法を健常被験者で実験的に検討し、電気刺激による応答を精度良く予測することが可能であることを確認した。
2.上記1で構築した筋骨格モデルを基礎とし、筋張力の収縮速度依存性を省略して、上肢の3自由度運動(肘関節の屈曲・伸展、前腕の回内・回外、肩関節の屈曲・伸展)を表現する筋骨格モデルを構築した。そして、受動的あるいは電気刺激による運動(関節角度)を計測して、運動方程式からパラメータを決定する方法を検討した。姿勢の影響を受けることが明らかになったが、原理的には実現可能であり、受動要素のパラメータを決定する際に有効になることが期待された。
3.筋の電気刺激応答の時変的、非線形的な性質の一つである筋の強化現象について、健常被験者での基礎的な実験を通して知見を得た。臨床で使われている刺激周波数(20Hz)でも強化現象が生じることが明らかになり、臨床でも強化現象が生じている可能性が高いことが予想された。
4.刺激周波数を可変にした場合の筋の応答を正確に予測するために、生理学的知見に基づく筋の活性化モデルを構築した。短時間の高周波数刺激によるpotentiation、ダブルパルスによるcatch propertyといった現象を表現できることが確認された。
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[Publications] G.Eom: "Identification of a musculoskeletal Model of the Knee Joint with the Vastus Lateralis for Use in FES"医用電子と生体工学. 第37巻・特別号. 429 (1999)
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[Publications] 古瀬則夫: "運動機能麻痺者の残存運動機能を用いた制御命令入力システムの検討"医用電子と生体工学. 第37巻・特別号. 127 (1999)
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[Publications] 古瀬則夫: "運動機能麻痺者の残存運動機能を用いた制御命令入力システム"医用電子と生体工学. 第37巻・第2号. 152-160 (1999)
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[Publications] 星宮 望: "失われた神経機能の回復:機能的電気刺激"日本ME学会雑誌BME. 第37巻・第8号. 11-17 (1999)
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[Publications] O.Gonzalo: "A Physiologically Based Non-linear Muscle Activation Model of Variable Stimulation Freguency Response"Proc. 4th Annnal Conference of the International FES Society. 109-112 (1999)
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[Publications] N.Furuse: "Control-command Detection for FES using Recidual Specific Movement"Proc.4th Annnal Conference of the International FES Society. 319-322 (1999)
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[Publications] G.Eom: "A Basic Study of Long-Term Force Potentiation during Constant Stimulation for Use in Prediction of FES-Induced Movement"Proc. 4th Annnal Conference of the International FES Society. 323-326 (1999)
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[Publications] G.Eom: "A Macroscopic Model for Use in Large-Scale Musculoskeleted System-Evaluation at the knee Joint with the Vastus Lateralis Muscle-"Proc. 4th Asia-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering. 150 (1999)
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[Publications] G.Eom: "Analysis of a Normal Subjects Standing-up for Comparison with Computer Generated FES Stimulation Data"Proc of the First Joint BMES/EMBS Conference. 601 (1999)
