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2020 Fiscal Year Research-status Report

ニューロリハビリテーションを目的とした上肢運動支援システムの開発

Research Project

Project/Area Number 19K11349
Research InstitutionUniversity of the Ryukyus

Principal Investigator

比嘉 広樹  琉球大学, 工学部, 教授 (60295300)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords食事支援 / 筋電信号 / 機械学習
Outline of Annual Research Achievements

神経筋疾患患者らの生活の質の向上を図ることを目的として、本研究では、生体信号(筋電信号と脳波)を活用してニューロリハビリテーションを行うための上肢運動支援システムの検討を行っている。2020年度には、以下に示す研究成果が得られた。
1. 筋電信号の増幅や前処理を行うための2チャンネル筋電コントローラを作成し、健常被験者2名の前腕部から導出した筋電信号をコンピュータに入力して、LSTM判別器を用いた場合の判別率を調査し、2名とも90%以上の判別率が得られた。また上肢義肢の評価テストの一つであるSHAPを用いて6種類のオブジェクトを仮想空間に準備し、virtual hand による把持実験を行った。実験の結果、6種類のオブジェクトが適切に把持可能であることが示された。
2. 手指運動のリハビリテーションを想定し、手指でペンを把持し、放すという運動と、その運動想起時それぞれの脳波を測定し、SVM(support vector machine)を用いた判別器による判別率の検討を行った。実験参加者は健常者1名であった。運動時と運動想起時の視覚的なキューをディスプレイ上に提示するプログラムを作成し、実験では、運動(運動想起)/リラックスの指示を提示して脳波を測定した。実験結果より、運動想起/リラックスの判別が63.3%の精度で行えることが示された。判別器の精度向上については引き続き検討を行っている。
3. 逆運動学を用いた7自由度のロボットアーム・シミュレータを作成し、リハビリテーション用仮想空間における食事や水分摂取のための動作検証が行えることを確認した。また同シミュレータにより生成された7自由度のロボットアームの制御パラメータを使用することにより、実機ロボットアームの動作確認が行えるようになった。さらに、シミュレータから実機ロボットの操作が行えることも実験により示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

健常被験者2名の前腕部より取得した2チャンネルの筋電信号が2種類の判別器のそれぞれにおいて適切に学習できることが確認できた。また仮想空間における virtual hand の操作も可能になった。さらに、ヒト上肢の代替として、逆運動学を用いた7自由度のロボットアームも仮想空間内に構築できた。しかし、コロナ感染症の影響により、患者との面会が大きく制限され、患者による評価実験の実施ができなかった。

Strategy for Future Research Activity

今後、手のリハビリテーションを行うための装具を試作し、生体信号を活用したリハビリテーションの検討を進める。また仮想空間内の麻痺上肢を模したロボットアームを併用して、リハビリテーションを効果的に行うための検討も進める。

  • Research Products

    (9 results)

All 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] A Self-Feeding Assistive Robotic Arm for People with Physical Disabilities of the Extremities: Performance Evaluation of Eating2020

    • Author(s)
      Shotaro Gushi, Yuichi Shimabukuro, and Hiroki Higa
    • Journal Title

      Journal of Advanced Control, Automation and Robotics

      Volume: 6 Pages: 166-171

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] EMG-Based Controller Using Machine Learning: Evaluation of Controlling a Virtual Hand2020

    • Author(s)
      Shinto Takahashi, Hiroki Higa
    • Journal Title

      Journal of Advanced Control, Automation and Robotics

      Volume: 6 Pages: 160-165

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computer Assisted Surgical Educational System Using Virtual Reality: Bleeding and Anatomical models2020

    • Author(s)
      Itto Uehara and Hiroki Higa
    • Journal Title

      Journal of Bioinformatics and Neuroscience

      Volume: 6 Pages: 283-288

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 逆運動学解法を用いた食事支援のための7自由度ロボットアーム・シミュレータ2020

    • Author(s)
      島袋 雄一, 具志 翔太朗, 又吉 淳二, 比嘉 広樹
    • Journal Title

      電気学会論文誌C

      Volume: 140 Pages: 1040-1049

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.140.1040

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A Self-Feeding Assistive Robotic Arm for People with Physical Disabilities of the Extremities2020

    • Author(s)
      Shotaro Gushi, Yuichi Shimabukuro, and Hiroki Higa
    • Organizer
      ICIIBMS2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] EMG-Based Interface Using Machine Learning2020

    • Author(s)
      Shinto Takahashi, Hiroki Higa
    • Organizer
      ICIIBMS2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Computer Assisted Surgical Educational System Using Virtual Reality2020

    • Author(s)
      Itto Uehara and Hiroki Higa
    • Organizer
      ICIIBMS2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 事象関連脱同期を用いた運動判別に関する基礎的検討2020

    • Author(s)
      喜納 政生,又吉 淳二, 比嘉 広樹
    • Organizer
      電気学会九州支部沖縄支所講演会
  • [Presentation] 事象関連電位を指標とした単一試行脳波のリアルタイム判別に関する検討2020

    • Author(s)
      又吉 淳二, 具志 翔太朗, 比嘉 広樹
    • Organizer
      電気学会九州支部沖縄支所講演会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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