2020 Fiscal Year Research-status Report
Detection of abnormal gait pattern in knee joint using inertial measurement unit and machine learning
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20K23309
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
小松 瞭 仙台高等専門学校, 総合工学科, 助教 (10881469)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 歩行 / IMU / センサ・フュージョン / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
変形性膝関節症患者の歩行における膝関節の異常動作の診断は，臨床において非常に重要である．多くの場合医師や理学療法士らによる観察や，近年はモーションキャプチャによる定量的な分析がなされている．しかしながらモーションキャプチャを用いる際は環境が屋内に限定されやすく，計測時に多数の反射マーカを身体に貼付する必要があるため簡便な手法であるとは言い難い．そこで本研究では，小型で安価なIMUを用いた変形性膝関節症患者の歩行動態の定量化手法の確立と，患者歩行に見られる特有の異常動作を検出するシステムの実現を目的とした．
本年度はIMUを用いた歩行計測システムを構築した．予備実験により歩行時における加速度，角速度，地磁気を計測できることを確認した．実際に健常者を対象とした歩行計測実験を行い，センサ・フュージョンと機械学習を用いた解析に必要な前向きデータの収集を行った．実験結果から健常者に見られる運動学的な歩行特性を確認できた．またIMUを用いた際の変形性膝関節症患者の関節動態の定量化手法について検討を行った．結果として患者歩行にみられる異常動作を定量化できたほか，IMUを用いた歩行診断の有用性を示した．
次年度は共同研究先において変形性膝関節症患者の歩行計測を実施し，患者データの蓄積を試みる．そして得られたデータから機械学習を用いて歩行立脚期，関節異常動作の検出を行う手法を構築する．得られた成果を論文にまとめて国際雑誌への投稿を順次行っていく予定である．
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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
本研究の遂行に必要な機械学習などの開発環境とIMUを用いた計測環境を構築し，予備実験により歩行計測を行えることを確認できた．健常者による計測も実施することができた．また次年度に実施予定だった変形性膝関節症患者の異常動作の定量化を早々に行う事ができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
歩行立脚期と変形性膝関節症の異常動作を検出する機械学習の構築を実施し，その検証を行っていく．また機械学習に必要な健常者の歩行計測データを可能な限り増やしていくほか，共同研究先において患者歩行の計測実験を実施する予定である．その際，今年度と同様の計測システムを新たに購入し，共同研究先で使用する予定である．そして患者データを機械学習で解析し，その有用性を検討する．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により今年度予定していた共同研究先でのミーティングに参加できなかったため，移動旅費が発生しなかった．そのため次年度は共同研究先の患者を対象とした新たな計測実験を行うための計測機器の環境構築，移動旅費，学会参加費に充当する予定である．
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