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2021 Fiscal Year Annual Research Report

多種競技における頭部衝撃継続収集と大規模力学解析に基づく脳震盪発生基準の構築

Research Project

Project/Area Number 20H04073
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

宮崎 祐介  東京工業大学, 工学院, 准教授 (70432135)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中山 晴雄  東邦大学, 医学部, 講師 (10537377)
張 月琳  上智大学, 理工学部, 准教授 (20635685)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords傷害バイオメカニクス / スポーツ脳振盪
Outline of Annual Research Achievements

本研究ではスポーツにおける広範な衝撃条件に対応した脳振盪発生基準を構築することを目的とする.具体的には以下の4点に関して研究を行うことを目的としている.
(1)マウスピース型衝撃センサによる実競技環境下における衝撃条件・診断情報統合データの継続収集, (2)世界唯一の次世代頭部ダミーとシミュレーションによる衝撃再現に基づく脳変形情報の取得,(3)衝撃条件・診断情報・脳変形挙動からなる脳震盪データベースの構築(4)機械学習により広範な衝撃条件に対応した脳震盪発生基準(人工知能モデル)を構築する.上記のうち(1)については,コロナウイルス禍による制約のため,実競技環境下での頭部衝撃計測は困難であった.そこで,前年度計測を行ったサッカーにおけるヘディングを対象としたマウスピース衝撃センサを用いた衝撃計測結果に基づき,衝撃シミュレーションをさらに実施し,他の競技環境下における頭部衝撃条件との比較を行い,一度のヘディング衝撃の場合は,脳振盪発生レベルに対して定量的に脳ひずみが小さいことを明らかにした.(2)については頚部筋緊張を考慮した有限要素モデルを用いてヘディングにおける脳ひずみへの影響について検討を行った.さらには,(4)の機械学習モデリングについては,時系列波形予測が可能なRNNの一種であるLSTMを用いて,脳内4部位の最大主ひずみ波形を高速に予測する機械学習手法を開発し,これによりアメリカンフットボールや自動車事故などの様々な衝撃条件における脳ひずみ波形を高精度かつ高速に計算可能な手法の開発を行った.

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ラフバラ大学(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      ラフバラ大学
  • [Journal Article] 頭部外傷と脳振盪のバイオメカニクス2023

    • Author(s)
      宮崎祐介
    • Journal Title

      体育の科学

      Volume: 73 Pages: 1-6

  • [Journal Article] A human surrogate neck for traumatic brain injury research2022

    • Author(s)
      Farmer Jon、Mitchell Sean、Sherratt Paul、Miyazaki Yusuke
    • Journal Title

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      Volume: 10 Pages: 1-10

    • DOI

      10.3389/fbioe.2022.854405

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヘディング時に生じる脳ひずみに対する頚部筋の影響2022

    • Author(s)
      重村隼也,宮崎祐介
    • Organizer
      シンポジウム:スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2022
  • [Presentation] ヘディングにおける頭部衝撃計測と脳変形挙動シミュレーション2022

    • Author(s)
      桜場颯太,宮崎祐介,中屋輝,浅井武,中山雅雄
    • Organizer
      日本機械学会年次大会2022
  • [Presentation] Construction of a Prediction Model for the time series of brain strain of a Novel HeadSurrogate using Deep Learning2022

    • Author(s)
      Y.Miyazaki, S. Tamai, H. Yamamoto, K.Yoshii, I.Amamori
    • Organizer
      27th ESV conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 競技寿命延伸のための計測・計算融合型スポーツ外傷研究2022

    • Author(s)
      宮崎祐介
    • Organizer
      日本機械学会バイオエンジニアリング講演会2022
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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