ロボットによる対麻痺者歩行再建のための練習支援システムの開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K01437
• Research Institution: Fujita Health University
• Principal Investigator: 田辺 茂雄 藤田保健衛生大学, 保健学研究科, 准教授 (50398632)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 脊髄損傷 / 対麻痺 / 歩行 / リハビリテーション / ロボット

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，ロボットによる対麻痺者歩行再建のための練習支援システムを開発することである．まず，トレッドミル上の一定位置でのロボット補助歩行を可能にする自動ベルト速度制御手法を確立する．次に，ロボット補助歩行の動作解析によって，習得すべき運動課題を明らかにする．最後に，実時間での視覚提示などから構成されるシステムを開発し，有用性を検討する．
平成28年度は，最終的な目標となる歩行器を用いたロボット補助歩行の動作解析によって，習得すべき運動課題を検討した．具体的な実験条件としては，対象者はトレッドミル上でWPALを装着し，手摺または歩行器を用いた歩行を行った．歩行速度は0.8km/hとし，定位置での歩行を補助するために，昨年度考案した自動ベルト速度制御手法を用いて速度を調整した．評価項目は，左手部の力覚情報と体幹の角度変化とし，それぞれ力覚センサと3次元動作解析装置を用いて計測した．結果として，手部力覚の各成分については，前方向最大値は手摺で14.5N，歩行器で4.6N，後方向最大値は手摺で7.4N，歩行器で-0.8N，内方向最大値は手摺で26.7N，歩行器で4.8N，外方向最大値は手摺で17.2N，歩行器で8.5N，上方向最大値は手摺で16.7N，歩行器で-5.7N，とそれぞれ歩行器で低値を示した．一方，下方向最大値は手摺で50.8N，歩行器で48.0Nと手摺と歩行器で差を認めなかった．体幹角度については，側屈角度範囲は手摺で10.7度，歩行器で15.2度と歩行器で高値を示した．一方，前後屈角度範囲は手摺で9.1度，歩行器で10.1度と手摺と歩行器で差を認めなかった．
最終的な目標となる歩行器を用いたロボット補助歩行について，習得すべき運動課題を検討した結果，下方向以外の前後方向，内外方向，上方向への上肢使用低減，体幹の側屈角度増大を習得する必要性が示唆された．

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的は，ロボットによる対麻痺者歩行再建のための練習支援システムを開発することである．まず，トレッドミル上の一定位置でのロボット補助歩行を可能にする自動ベルト速度制御手法を確立する．次に，ロボット補助歩行の動作解析によって，習得すべき運動課題を明らかにする．最後に，実時間での視覚提示などから構成されるシステムを開発し，有用性を検討する．研究全体での具体的な目標は以下の3項目である．
①トレッドミル上の一定位置でのロボット補助歩行を可能にする自動ベルト速度制御手法を確立する．
②ロボット補助歩行時の動作解析によって，習得すべき運動課題を明らかにする．
③各種センサ情報を基にした実時間での視覚提示・聴覚提示などから構成される練習支援システムを開発し，その有用性を明らかにする．
①については平成27年度に予定通り完了した．平成28年度の研究実施計画では，②について実施予定であったが，予定通り完了した．最終的な目標となる歩行器を用いたロボット補助歩行について，習得すべき運動課題を検討した結果，下方向以外への上肢使用低減，体幹の側屈角度増大を習得する必要性が示唆された．この知見を基に29年度に予定していた③の実施が可能となった．

Strategy for Future Research Activity

平成27年度の研究において，トレッドミル上の一定位置でのロボット補助歩行を可能にする自動ベルト速度制御手法が確立され，また28年度の研究において，歩行器を用いたロボット補助歩行に向けて習得すべき運動課題が明らかとなったことから，当初の計画通り29年度に行う予定であった各種センサ情報を基にした実時間での視覚提示などによる練習支援システムの開発と，その有用性検討を行う．
今回の研究に関するインフォームド・コンセントが得られる健常者10名程度を，研究実施機関などで研究内容を掲示して募る．その際に，研究への参加・不参加は個人の自由であり，個人の意思に基づくものであること，研究に不参加または中止の時も何ら不利益を得ることはないことを十分に説明する．また，すべての実験は倫理委員会承認後に行う．
対象者は、トレッドミル上でロボットを装着し，手摺を用いて歩行を行う．定位置での歩行を補助するために，すべての試行で提案法を用いてベルト速度を調整する．歩行中，前方に上肢力覚情報または体幹側屈角度情報などを提示し，目標に近づけるよう指示を行う．計測順序は個人毎にランダムに設定し、1施行の計測時間は20秒間程度とする．主な評価項目は，手部の力覚情報と体幹の側屈角度変化とし，それぞれ力覚センサと3次元動作解析装置を用いて計測する．視覚提示によって，それぞれ上肢使用低減，体幹側屈角度増大がどの程度獲得できるか比較検討し，適切な練習支援システムの仕様を明らかにする．
主な購入物品は，視覚提示関連機器である．研究計画の申請時には，NEC社製超短焦点プロジェクタを用いる予定であったが，今後行う予備実験を通して最も適した機器および提示手法を精査し，必要となる物品を購入する．

Research Products

• [Presentation] Influence of Different Types of Hand Support on Gait Pattern during Treadmill Walking with a Robotic Exoskeleton: a Comparison between Handrail and Walker (2016)
  • Author(s): Tanabe S, Kumazawa N, Iwai M, Saitoh E, Hirano S, Koyama S, Kitaji S, Katoh M, Uno A
  • Organizer: Asian Prosthetic and Orthotic Scientific Meeting 2016
  • Place of Presentation: COEX, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2016-11-04 – 2016-11-06
  • Int'l Joint Research