2018 Fiscal Year Research-status Report
自立支援を統合した在宅向け手指用能動型リハビリ支援機器の開発
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18K12164
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| Research Institution | Hakodate National College of Technology |
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Principal Investigator |
浜 克己 函館工業高等専門学校, 生産システム工学科, 教授 (00180927)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 尚彦 函館工業高等専門学校, 生産システム工学科, 准教授 (30435383)
三上 貞芳 公立はこだて未来大学, システム情報科学部, 教授 (50229655)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 手指 / 片麻痺 / リハビリテーション / 運動学習 / 日常生活動作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，①運動学習方法の考案，②生体信号の活用方法と訓練内容との対応づけ，③使用者の負担を考慮した機構の設計，④リハビリ効果の検証・評価方法の確立の４項目について順次実施することとなっている．
リハビリ支援機器では，その補助によって運動学習を促し，機能を回復させることが目的であり，その成果が日常生活動作に反映されなければならない．そのため，①に関しては，回復状況を示す指標である手指のブルンストーム・ステージに基づき，日常の基本動作に対して，集団及び個別に各指の屈曲・伸展を行う動作を関係づけ，段階的に変化を加えて難易度を上げていく訓練内容を検討し，指の分離動作も含めてつまみ動作や握り動作に対しての具体例を考えた．②に関しては，他動的ではなく，能動的に実施することによるリハビリ効果を狙い，自らの意志で動作の可動域や速度等を変えるために，生体信号の活用として筋電位と筋変位を取り上げ，それぞれに対して測定部位や方法の確立とともに，特徴抽出やその識別等を行った．
③に関しては，使用者の安全性や装着時の負担等を考慮し，先行研究であるソフトロボティクスを用いた空気圧アクチュエータ（以下，アクチュエータ）を基本とした．このアクチュエータは，型取り用のゴム（エラストジル）を使用し，空気圧により駆動するため柔軟性や弾力性に特徴があり，屈曲動作に対しては性能評価からも一定の成果があった．また，機器の小型化のため，空気圧駆動源としてDCモータによる２種類の小型エアポンプを使用することで，装置全体のコンパクト化と，排気と吸気の切り替えにより屈曲と伸展の双方向の動作が可能にはなったが，空気供給量の不足や構造上の問題等から，実際のリハビリで屈曲以上に重要な伸展動作に対しては，動作速度の低下や，十分な可動域を得ることができていない．④に関しては，簡易的に指の関節角度を測定することは可能となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実績の概要に記載した内容を含め，実施４項目に関する平成30年度の進捗状況は以下の通りである．
①については「段階的な訓練内容の作成」であり，運動学習の成果を導く課題設定が重要であることから，習得させた運動スキルを日常生活で反復させることによってさらなる機能回復が導かれる目標の設定に対する具体的な動作例の考案については，ほぼ順調に進展している．②については「基本的な測定方法の確立」であり，生体信号として筋電位と筋変位に着目し，目的とする筋肉部位の特定や具体的な測定方法を把握したことから，順調に進展している．
③については，先行研究で開発した「パワーアシストグローブ装置からの拡張と改善点を考慮した機構の設計」であり，当該装置ではリンク機構とマッキンベン式の空気圧アクチュエータを使用していた．また，握力補助の観点から握る動作（屈曲）に特化した構造であったが，アクチュエータを増加して開く動作（伸展）を追加し，他動的に反復運動を繰り返すリハビリ装置としての基本動作に対応できるようにした．しかし，実際開く動作に対しては可動域が狭く，リハビリとして十分対応できていないことと，リンク機構では柔軟性が足りず，使用者の関節に負担が大きいことが判明した．そのため，使用者の安全性や装着時の負担等を考慮して，ソフトロボティクスを用いた空気圧アクチュエータを基本とする構造に変更するとともに，機器の小型化を目指して空気圧駆動源にＤＣモータによる２種類の小型エアポンプを使用し，吸気・排気を切り替えることにより屈曲と伸展の双方向の動作は可能となった．これより，機構に関してはほぼ順調に進捗し，装置の小型化の面では計画以上に進展している．④については「定量的な評価方法の確立」であり，指の関節角度の測定については順調に進展しているが，回復度合いの評価方法については検討中でやや遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度の進捗状況を踏まえ，実施４項目に関する平成31年度（令和元年）以降の推進方策は以下の通りである．
①については「機能改善に応じた日常生活動作への切り替え・アシスト機能の補助」であり，訓練内容との比較や自立の際に重要となる行動連鎖との関係を踏まえ，運動学習による機能の改善状況に応じて日常生活動作への切り替えのタイミングを明確にするとともに，アシスト機能の補助についても検討する．②については「訓練動作と生体信号との対応付け・運動意志の反映」であり，スムーズに動作を行えない範囲のみに補助を加えるなど，生体信号との対応付けによって動作の可動域の変更（位置決め）や速度の調整ができるようにする．加えて，使用する空気圧アクチュエータに対する制御の方法についても検討する．また，使用者が自らの意思で能動的に訓練内容の難易度をアップするなどの自由度を持たせられるような検討も行う．
③については「改善点を考慮した機構の設計と評価に基づく改善」であり，ソフトロボティクスを用いた空気圧アクチュエータに変更し，２種類の小型エアポンプを使用して吸気・排気を切り替えることにより屈曲と伸展の双方向の動作は可能となった．しかし，本アクチュエータは，構造的に屈曲指向であり，使用した小型ポンプでは空気圧の変化が小さく，伸展動作の可動域も小さいことから，小型エアポンプでも屈曲と伸展動作が行えるアクチュエータとして，新たにナイロンフィルムの使用を考案し，現在試作を行っている．この点も踏まえ，評価に基づく改善を繰り返しながら，アクチュエータ自身のブラッシュアップを図るとともに，在宅利用を考慮して付随する装置の小型化なども検討する．④については「定量的な評価方法の確立と非麻痺手との比較・定性評価の判断」であり，非麻痺手の動作時の生体信号との比較や定性評価なども加え，リハビリ機器としての有効性を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
主な理由としては２点あり，１点目は試作したリハビリ支援機器の有効性を検証するために，函館市医師会病院，はこだて未来大学，函館高専の包括連携協定に基づき，函館市医師会病院との協力のもと，片麻痺等の患者による被験者としての協力と作業療法士等によるそのサポートに対して人件費・謝金を計上していたが，対象者の確保ができず，実施できなかったためである．これについては，試作機器の装着上の課題の解決とともに，研究協力者を含む関係者と相談をして候補となる対象者への要請を検討し，対応する予定である．
２点目は，ソフトロボティクス用として購入依頼をしていた海外製品の流体制御盤が，結局入手できず，そのために計上していた設備備品費が執行できなかったためである．これについては，国内にある相当品や代用品の調査を含めて検討し，対応する予定である．
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Research Products
(22 results)
