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2022 Fiscal Year Research-status Report

機能的電気刺激を用いて求めた運動モデルのヒト運動制御戦略理解への活用方法検討

Research Project

Project/Area Number 20K14693
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

松居 和寛  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (00868870)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords機能的電気刺激 / 内部モデル / バイオフィードバック / 筋電図 / 触覚提示 / 仮想現実/拡張現実 / メタバース / リハビリテーション
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,電気的筋拮抗比(EAA比),電気的筋拮抗和(EAA和)という概念を機能的電気刺激(FES)に取り入れて運動モデルを導出し,この運動モデルを介しヒトの運動制御戦略を説明できることを確かめ,以下の目的達成を目指すものである.
1)運動モデルの利用可能性を拡大しヒトの運動制御研究を推進する一助にする
2)運動モデルと脳機能との関連を見出しニューロリハビリテーションに応用していく
3)より高い治療効果が期待できるFES治療を実現する
2022年度は,上記に対し以下を進めた.1)に関して,前年に引き続き運動モデルの同定を身体機能検査として活用すべく検査装置の開発を進めた.また,適用疾患例として人工膝関節全置換術を挙げ,歩行と膝関節運動モデルとの関係を調査する足掛かりとするために,加速度センサによる歩行評価を進めた(国内発表1件,国内誌1件).2)と3)に関して,前年に引き続き仮想/拡張現実(VR/AR)をプラットフォームとした筋電図(EMG)バイオフィードバック(EMG-BFB)システムを開発し評価をすすめた(国際会議1件,国内発表4件,招待講演3件).またシステムに搭載するための触覚刺激技術についても検証をすすめた(国際会議1件).3)について,脊髄損傷患者を対象としたFES治療技術を開発した(国際誌1件).加えて,深部筋を刺激する技術について発表し特許出願した(国内会議1件,特願2022-087334).

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

交付申請書に記載した研究実施計画では以下のように研究を進める,としていた.1)静止状態における関節角度,EAA和,関節剛性の関係を求める.2)静止状態における伝達関数モデルパラメータと,1)で求めた関節剛性の関係を求める.3)動的な環境における関節角度,EAA和,関節剛性の関係を求める.4)先に1),3)で求めた関節角度と関節剛性の関係性を用いて,2)で明らかになった自然角周波数,むだ時間と関節剛性の関係を補正する.5)ある関節角度からある関節角度への軌道生成タスク中に,関節角度の変化,関節剛性と平衡点,EMGを取得し,筋拮抗比(AA比),筋拮抗和(AA和)を取得する.6)先に5)で取得した関節角度の変化を入力として,4)の内容を用いて適切に選択されたモデルを逆システムとして利用して運動コマンド相当の値を求める.7)求めた運動コマンド相当の値を5)で取得した平衡点,およびAA比と比較することでモデルの活用方法の妥当性を確認する.
1)をすでに2020年度に発表している.2)3)について発表しており,4)を引き続き進めている.また1)~4)の内容を身体機能の検査に活用するために,適用疾患について調査し発表している.5)~7)についてはEMG-BFBの開発という形で進めており,開発したプロトタイプでモデルの活用について評価を進め発表している.また,EMG-BFBへの触覚提示結合も進めている.

Strategy for Future Research Activity

【現在までの進捗状況】にある4)を引き続き進め,5)~7)についてはEMG-BFBと触覚提示の結合をすすめつつ更に評価結果を積み上げていく.

Causes of Carryover

前年度に示した,次年度使用額の使用計画通り国際会議での成果発表を行ったが為替レートの変動等の影響で当初計画していた旅費を含む出張費と誤差が生じたため.

Remarks

大阪大学大学院基礎工学研究科 身体運動制御学グループ 西川研究室
http://hmc.me.es.osaka-u.ac.jp/

  • Research Products

    (13 results)

All 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 3軸加速度計による術後2週までの人工膝関節全置換術患者の体幹動揺性と運動機能の縦断調査2022

    • Author(s)
      大西邦博, 松居和寛, 秋本剛, 河村顕治
    • Journal Title

      臨床バイオメカニクス

      Volume: 43 Pages: 155-161

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Earable Ω (OMEGA): A Novel Clenching Interface Using Ear Canal Sensing for Human Metacarpophalangeal Joint Control by Functional Electrical Stimulation2022

    • Author(s)
      Matsui Kazuhiro、Suzuki Yuya、Atsuumi Keita、Nagai Miwa、Ohno Shotaro、Hirai Hiroaki、Nishikawa Atsushi、Taniguchi Kazuhiro
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 22 Pages: 7412~7412

    • DOI

      10.3390/s22197412

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Visual EMG Biofeedback System in a Virtual Reality Space for Relearning Internal Models -Case Studies Focusing on Equilibrium Point Velocity2022

    • Author(s)
      Tetsuya Ando, Yuto Okamoto, Kazuhiro Matsui, Keita Atsuumi, Kazuhiro Taniguchi, Hiroaki Hirai, Atsushi Nishikawa
    • Organizer
      SII2023, 2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of Pseudo-Haptics Mathematical Modeling2022

    • Author(s)
      Iori Kikuchi, Kazuhiro Matsui, Keita Atsuumi, Kazuhiro Taniguchi, Hiroaki Hirai, Atsushi Nishikawa
    • Organizer
      SII2023, 2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] メタバースにおけるニューロリハビリテーション2022

    • Author(s)
      松居和寛
    • Organizer
      第2回 Laboratory of NeuroPhysiotherapy オープンセミナー
    • Invited
  • [Presentation] 人工関節膝関節全置換術患者の杖歩行自立日数は術前の歩行変動性、心理社会的要因、運動機能のどれに関与するのか?2022

    • Author(s)
      大西邦博, 松居和寛, 石田徳磨, 河村顕治
    • Organizer
      第49回日本臨床バイオメカニクス学会
  • [Presentation] 内部モデルの再学習を目的とした VR による EMG-BFB- プロトタイプによる健常者での筋電図学的検討 -2022

    • Author(s)
      松居和寛, 安藤哲也, 岡本湧人, 平井宏明, 西川敦
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
  • [Presentation] リハビリテーションとヘルスケア,リハビリテーションとメタバース2022

    • Author(s)
      松居和寛
    • Organizer
      第101回バイオメクフォーラム21
    • Invited
  • [Presentation] 内部モデルの再学習を目的とした仮想現実空間における視覚的筋電図バイオフィードバックシステムの開発 ―プロトタイプを用いた健常者におけるケーススタディ―2022

    • Author(s)
      安藤哲也, 岡本湧人, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • Organizer
      第40回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 内部モデルの再学習を目的とした仮想現実空間における視覚的筋電図バイオフィードバックシステムの開発 ―ヒト肘関節運動における平衡点の挙動に与える影響の検討―2022

    • Author(s)
      岡本湧人, 安藤哲也, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • Organizer
      第61回日本生体医工学会大会
  • [Presentation] 頭部前方位姿勢の予防および改善を目的とした電気刺激システムの開発 頸部深部筋選択刺激手法の開発と制御法の比較検討2022

    • Author(s)
      菊池伊於里, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
  • [Presentation] 内部モデルの再学習を目的とした仮想現実空間における視覚的筋電図バイオフィードバックシステムの開発―ヒト肘関節剛性に与える影響の検討―2022

    • Author(s)
      安藤哲也, 岡本湧人, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 深部筋選択刺激を可能とする電気刺激手法2022

    • Inventor(s)
      松居和寛,西川敦,厚海慶太,菊池伊於里
    • Industrial Property Rights Holder
      大阪大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2022-087334

URL: 

Published: 2023-12-25  

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