The Use of Virtual Reality Simulations in Rehabilitation Education.

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K13647
• Research Institution: Hokkaido University of Science
• Principal Investigator: 加藤 士雄 北海道科学大学, 保健医療学部, 准教授 (40760260)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: Virtual Reality / シミュレータ教育 / End-Feel（最終域感）

Outline of Annual Research Achievements

医学生教育では，シミュレーション教育は診療参加型実習前の重要なプロセスと位置づけられている．リハビリテーション教育でも導入することが望ましいが，『ヒトの動き』が重要なため，医学生・看護学生教育で用いられている高機能マネキンでは要件を満たさない．そこで，既存しないVirtual Reality（VR）を用いたリハビリテーション教育用シミュレータの開発を目指し，課題の一つとなる『手足を他動的に動かしたときの感覚をVRシミュレータでも再現する手法を見いだす』ことを目的としている．
今年度はヒトの上肢・下肢を他動的に可動範囲限界まで動かした時に感じられる最終域感（End-Feel）を圧センサやIMUセンサを用いて定量化することが可能かを検証した．今回，計測対象としたEnd-Feelは「①骨同士の接触によるもの」「②軟部組織の伸長によるもの」「③軟部組織同士の接触によるもの」の3種類とした．ヒトを対象とした計測の前に，木材やゴム，衝撃クッション材（NBR）を用いてヒトの肘関節を模した単関節のモデルを形成し，計測に用いた．ヒトの前腕部に当たるところにIMUセンサを，他動的に動かす被験者の手掌面（母指球・小指球，または手指指腹部）に圧センサを付着した．計測の結果，End-Feel①については最終可動域における急速な角速度の低下と圧力の上昇が見られた．End-Feel②では角速度の減速速度と手掌面の圧力上昇が①に比較すると緩やかな直線状の変化として見られた．条件③は角速度の減少，圧力上昇は曲線状の変化パターンを示した．これらのことから，End-FeelをVRで再現する際に圧力の変化パターンを別の感覚にFeedbackすることで再現する可能性が示唆された．

Current Status of Research Progress

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

Reason

ヒトの上肢・下肢を他動的に可動範囲限界まで動かした時に感じられるEnd-Feel（最終域感）をVirtual Realityで再現する上で，ヒトが何を元に最終域感を判断しているのかを定量的に示せるかが今年度の課題であった．今回の結果から他動的に動かしたときの手掌面の圧力変化パターンに違いがみられたことから，今年度の課題については概ねクリアできたと考えている．

Strategy for Future Research Activity

コロナウィルスの蔓延状況などもあり，ヒトを対象とした計測が難しかった事も含めて，今年度はヒトを対象に圧力変化・角速度変化パターンの計測を早々に行う．また，圧力パターンの変化をVR上で再現する上で振動刺激を用いることを検証していく．さらに最終年度に向けてVR空間上でのシミュレータ環境を構築していく．

Causes of Carryover

圧力計測器の価格を当初の想定よりも抑えることができたことが主な理由である．繰り越し分については，次年度のVRグローブの選定やシミュレータ開発にあてる．