2022 Fiscal Year Annual Research Report
Proposal of a rehabilitation strategy for rhythmic normal gait that promotes voluntary movement based on muscle synergy analysis
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22H03998
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo University of Technology |
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Principal Investigator |
しゃ 錦華 東京工科大学, 工学部, 教授 (10257264)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中後 大輔 関西学院大学, 工学部, 教授 (90401322)
石黒 圭応 東京工科大学, 医療保健学部, 教授 (60367430)
橋本 洋志 東京都立産業技術大学院大学, 産業技術研究科, 教授 (60208460)
酒井 弘美 東京工科大学, 医療保健学部, 教授 (40624945)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 筋シナジー / 随意運動 / ペダリング / 歩行パターン / sEMG（表面筋電） / 筋骨格モデル / 等価入力外乱手法 / 繰返し制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、脳卒中後片麻痺患者を対象としたリズミカルな正常歩行のためのリハビリ方法を考究する。
令和4年度は，まず，健常者と患者の歩行実験とペダリング実験を行い，それぞれの運動パターンを取得し，運動データと表面筋電データを融合した下肢活動のモデリングを行った。実験データをもとに，時間領域特徴に基づく表面筋電図の分類，サポートベクターマシンに基づく下肢運動認識，および下肢筋疲労に影響を及ぼす主な要因の抽出を行い，規範パターンと歩行パターンとの差分を低減するリハビリ方策の設計準備ができた。
次に，実験結果を基に，ペダリング運動用下肢リハビリテーション機器の開発を行い，それを用いて，ペダリング運動における表面筋電信号について，経験的モード分解を援用した表面筋電図信号のノイズ除去法を提案し，さらに，筋シナジーの解析を行い，下肢リハビリの立場より表面筋電の分析とその結果のリハビリへの応用に関して幅広く検討した。また，患者が随意運動を行える起立介助補助装置を開発し，高齢者の身体状況を考慮した人体モデルに基づく立位介助法を検討し，その結果をまとめて国際会議CLAWAR2022で発表し，CLAWAR Association the 1st Prize Paper Awardに入賞した。
また，制御理論の立場から，本研究で使用する等価入力外乱手法について，そのローバスフィルターの設計を用いた推定法，積分器を融合した等価入力外乱推定器，外乱の推定・抑制の性能向上，高次及び非線形な等価入力外乱推定器などを系統的に検討した。
なお，手首振戦抑制外骨格のための適応フィルターも併せて開発した。
得られた成果を５本のジャーナル論文と８本の国際会議論文にまとめて発表し，外部評価も受けた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
予定通り，目標に向けて順調に進んでいる。下肢リハビリをメインに検討しているが，発想を広げ，上肢の手首振戦抑制も併せて検討し，優れた成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度には以下のように研究を行う予定である：
1）令和4年度の実験データを分析した結果をもとに，ペダリング実験装置の改造を行う。それを用いてペダリング実験を行い，実験データよりロバストな筋シナジー抽出手法を検討する。
2）健常者と患者の歩行実験とペダリング実験を行い，それぞれの運動パターンを取得し，運動データと表面筋電データを融合した下肢活動のモデリングを行う。
3）ペダリング装置の負荷制御用制御手法を検討し，繰返し制御器と等価入力外乱推定器の設計法を検討する。
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