対麻痺者歩行再建ロボット使用時の最適な歩行器操作法の解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K10727
• Research Institution: Fujita Health University
• Principal Investigator: 田辺 茂雄 藤田医科大学, 保健学研究科, 准教授 (50398632)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小山 総市朗 藤田医科大学, 保健衛生学部, 講師 (90754705)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: リハビリテーション / ロボット / 脊髄損傷

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，WPALを使用した自立歩行時の最適な歩行器操作法を解明することである．まず，ロボット補助歩行時の，歩行者と歩行器の距離を計測するシステムを構築する．次に，定常歩行時の時系列データから，練習すべき動作課題を明らかにする．最後に，転倒につながる姿勢変化を再現し，姿勢変化発生に至る過程を明らかにする．今年度，平成31年度（令和元年度）の研究では，定常歩行時の時系列データを用いた，ロボット使用時の歩行器操作において練習すべき動作課題の検討を進めた．
まず，WPALの歩行周期を同期して取得するシステム構築し，あわせてWPAL歩行未習熟者の歩行器操作様式の検討を行った．歩行周期取得には，右踵部に設置した３軸加速度計を用い，集録後２Hzのローパスフィルタをかけ，しきい値以上の上方ピークを踵接地時期として抽出した．その情報をもとに，１歩行周期ごとのWPAL歩行器と被験者の体幹の距離情報を抽出し，歩行周期内の距離の変化から歩行器の操作様式を検討した．加えて，WPAL歩行未習熟者の歩行器操作様式の習熟過程の検討を行った．60分間の連続歩行を行う中で，20分，40分，60分に達した時点で計測を行った．データ処理は上述と同様の手順で行った．
結果として，WPAL歩行未習熟者における歩行器操作様式を表す１歩行周期内の距離の変化については，被験者ごとに異なる特徴があった．一方で，長時間の連続歩行を行うことによって，両脚支持期開始時にヒトと歩行器の距離が最も遠く（412mm-450mm），片脚支持期開始時にヒトと歩行器の距離が最も近くなる（365mm-430mm）距離変化に収束する傾向を認めた．したがって，この歩行器操作が習熟した歩行者の様式であると考えられ，ロボット歩行時に練習すべき動作課題であることが示唆された．

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，WPALを使用した自立歩行時の最適な歩行器操作法を解明することである．まず，ロボット補助歩行時の，歩行者と歩行器の距離を計測するシステムを構築する．次に，定常歩行時の時系列データから，練習すべき動作課題を明らかにする．最後に，転倒につながる姿勢変化を再現し，姿勢変化発生に至る過程を明らかにする．研究全体での具体的な目標は以下の3項目である．
①測距センサを用いて，歩行者と歩行器の距離を経時的に計測するシステムを検討，構築する．WPALの専用歩行器前方にある横支柱など，歩行中に安定して精度良く計測できる位置にセンサを設置する．
②定常歩行時の歩行者-歩行器距離の経時的変動を計測し，自立歩行獲得に向けて練習すべき動作課題を明らかにする．WPALを用いた歩行を十分習熟した後，定常的な平地歩行を行っている際の歩行者と歩行器の距離の計測する．
③転倒につながる姿勢変化を模擬的に再現し，経時的な距離の変化を明らかにする．模擬する姿勢変化は，過去の報告でWPAL歩行中に生じやすいとされている変化とする．経時的な距離の変化を基に，姿勢変化発生に至る過程を計測し，その予防等について考察を行う．
平成30年度の研究実施計画では，①について実施予定であったが予定通り完了した．平成31年度（令和元年度）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．これらの検討に基づき，平成32年度（令和２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30年度の研究において，ロボット補助歩行時の，歩行者と歩行器の距離を計測するシステムを構築でき，平成31年度（令和元年度）に行う予定であった定常歩行時の時系列データから，練習すべき動作課題を検討することもできたことから，当初の計画で平成32年度（令和２年度）に行う予定であった，転倒につながる姿勢変化を模擬的に再現し，経時的な距離の変化を明らかにする．
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を対象として，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，WPALを用いた歩行を十分習熟した後，定常的な平地歩行を行い，過去の報告でWPAL歩行中に生じやすいとされている，Posterior breakdown（歩行者と歩行器との距離が近づくことによって生じる両側股関節，体幹の過剰屈曲，転倒の危険性が高い）などを模擬的に再現し，経時的な距離の変化を基に，姿勢変化発生に至る過程を計測し，その予防等について検討を行う．
主な購入物品は，画像/動画処理用ソフトウェアなどを予定している．研究計画の申請時には，超音波センサを計上していたが，まずは現有するものを使用し，体幹もしくは股関節角度の影響によって，適切に歩行者位置を推定できない場合には，体幹上部や下腿部位置の追加計測に向けたセンサおよびセンサ固定器具の購入を検討する．