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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Bayesian Model-based Rehabilitation

Research Project

Project/Area Number 20H04260
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

大脇 大  東北大学, 工学研究科, 准教授 (40551908)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 関口 雄介  東北大学, 大学病院, 理学療法士 (60535095)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords歩行診断システム / 深度カメラ / 全身角運動量
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,以下の3項目を達成することで,これまでにない患者ごとに最適かつ帰結予測可能な介入法を提供するベイズモデルベースト・リハビリを確立することを目的とする: 1. 階層的ベイズモデルを用いて,歩行中の全身ダイナミクスデータから個別性をモデル化し,力学構造を抽出することで脳卒中患者ごとの歩行 を「分類」する(2020年度). 2. 分類モデルを実装した歩行診断システムを具現化し,患者の歩行をリアルタイムに「診断」する脳卒中患者歩行診断システムを構築する(2021年度). 3. ベイズモデルから患者ごとの歩行の経時的変化を「予測」する.予測結果から最適な介入法を策定し,効果予測可能なベイズモデルベース ト・リハビリを実践する(2022年度).

3「予測」効果予測による最適な介入選定と効果の実証 (2022年度)
リハビリ現場での実用を想定し,時間や手間を要さない歩行測定システムを開発するため,深度センサを搭載したiPadを用いた歩行測定システムの開発を行った.3次元動作解析解析装置を用いて,開発した歩行測定システムで測定された歩行データの信頼性の検証を行った.さらに,患者ごとの歩行の経時的変化を「予測」する診断モデルを構築するために,歩行中の3次元床反力に着目し,Kinectセンサから得られる位置情報のみから,歩行中の床反力を推定するニューラルネットワークモデルを開発した.16名の健常者および7名の片麻痺患者の歩行データを用い,床反力の推定精度を検証し,特に,垂直方向の床反力について10%程度の誤差での推定が可能であることを示した.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 5 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Ground Reaction Force and Moment Estimation through EMG Sensing Using Long Short-Term Memory Network during Posture Coordination2023

    • Author(s)
      Sakamoto Sei-ichi、Hutabarat Yonatan、Owaki Dai、Hayashibe Mitsuhiro
    • Journal Title

      Cyborg and Bionic Systems

      Volume: 4 Pages: 0016

    • DOI

      10.34133/cbsystems.0016

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] EMG-Based Estimation of Lower Limb Joint Angles and Moments Using Long Short-Term Memory Network2023

    • Author(s)
      Truong Minh Tat Nhat、Ali Amged Elsheikh Abdelgadir、Owaki Dai、Hayashibe Mitsuhiro
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 23 Pages: 3331~3331

    • DOI

      10.3390/s23063331

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 手応え制御から創発される多様な脚式ロコモーション2023

    • Author(s)
      大脇大
    • Journal Title

      Journal of the Robotics Society of Japan

      Volume: 41 Pages: 241~246

    • DOI

      10.7210/jrsj.41.241

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Postural adjustment in standing position when catching a ball under unpredictable conditions of the direction to be caught2023

    • Author(s)
      Zhang Wenyu、Sekiguchi Yusuke、Honda Keita、Izumi Shin-Ichi
    • Journal Title

      Heliyon

      Volume: 9 Pages: e13138~e13138

    • DOI

      10.1016/j.heliyon.2023.e13138

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Kinetic Interjoint Coordination in Lower Limbs during Gait in Patients with Hemiparesis2022

    • Author(s)
      Yusuke Sekiguchi , Dai Owaki , Keita Honda , Shin-Ichi Izumi
    • Journal Title

      Biomechanics

      Volume: 2 Pages: 466-477

    • DOI

      10.3390/biomechanics2030

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Prediction of Whole-Body Velocity and Direction From Local Leg Joint Movements in Insect Walking via LSTM Neural Networks2022

    • Author(s)
      Wang Yuchen、Hayashibe Mitsuhiro、Owaki Dai
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7 Pages: 9389~9396

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3191850

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multimodal bipedal locomotion generation with passive dynamics via deep reinforcement learning2022

    • Author(s)
      Shunsuke Koseki , Kyo Kutsuzawa , Dai Owaki , Mitsuhiro Hayashibe
    • Journal Title

      Frontiers in Neurorobotics

      Volume: 16 Pages: 1054239

    • DOI

      10.3389/fnbot.2022.105423

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Biomechanical Characteristics of Long Stair Climbing in Healthy Young Individuals in a Real-World Study Using a Wearable Motion Analysis System2022

    • Author(s)
      Yaguchi Haruki、Sekiguchi Yusuke、Honda Keita、Fukushi Kenichiro、Huang Chenhui、Nakahara Kentaro、Zhenzhao Cheng、Izumi Shin-Ichi
    • Journal Title

      Biomechanics

      Volume: 2 Pages: 601~612

    • DOI

      10.3390/biomechanics2040047

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 脳卒中患者のデータ駆動型AI歩行診断システムの開発と展望2022

    • Author(s)
      大脇大
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
    • Invited
  • [Presentation] Quantifying Motor and Cognitive Function of the Upper Limb Using Mixed Reality Smartglasses2022

    • Author(s)
      K. Tada
    • Organizer
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Game-Based Evaluation of Whole-Body Movement Functions with CoM Stability and Motion Smoothness2022

    • Author(s)
      M. Kojima
    • Organizer
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Systematic Motion Integration with Multiple Depth Cameras Allowing Sensor Movement for Stable Skeleton Tracking2022

    • Author(s)
      K. Furuhata
    • Organizer
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temporal Variation Quantification During Cognitive Dual-Task Gait Using Two IMU Sensors2022

    • Author(s)
      Y. Hutabarat
    • Organizer
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脳卒中片麻痺患者の歩行リハビリテーション変革2022

    • Author(s)
      関口 雄介
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
    • Invited
  • [Presentation] 脳卒中片麻痺患者の歩行速度に影響する運動力学的因子の損傷側間の違い2022

    • Author(s)
      関口 雄介
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
    • Invited
  • [Remarks] Dai Owaki (personal)

    • URL

      http://oscillex.org/

  • [Remarks] Dai Owaki (researchmap)

    • URL

      https://researchmap.jp/embodiment2004/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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