2012 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
24700599
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
|
| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
大瀧 保明 神奈川工科大学, 創造工学部, 准教授 (50344693)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
|
| Keywords | 医用機器 / 膝蓋腱反射 / センサ / 運動計測 / 携帯型装置 / 診断支援 |
|---|
| Research Abstract |
本研究課題の目的は、中枢神経疾患や脊髄疾患評価の基本的手技となっている膝蓋腱叩打による検査について、臨床医が視認している反射応答特性を適切に数量化する方法を提案することである。特に現状の打腱器 (ハンマー)を用いた検査手技に追加的に用いることができ、日常業務においても携行可能な診察支援機器を開発することを目指している。
当該年度は検査手技の利便性を阻害せずに反射動作の簡便かつ十分な計算精度を担保する運動計測システムの構築に注力した。以下を順次実施し、成果を得た。
１）光学式３次元モーションキャプチャーによる計測実験から、叩打力検出と膝蓋腱反射における下肢の振り上げ動作の計測要件を検討した。想定される装着型のシステムにおいて、振り上げの加速度、角速度等の物理量を適切に得る方法、計測条件、および姿勢演算の方法を明らかにした。慣性センサによる下肢の運動学計算の精度について、モーションキャプチャーとの比較により角度誤差を評価した。
２）叩打力を薄型ロードセルにより、下肢の振り上げ動作を６軸慣性センサにより計測することとし、それらを下肢ブレース上に搭載する装着型の計測システムを設計、試作した。叩打力の検出部は、任意の検査用打腱器による叩打に対応するよう、膝蓋下の叩打位置に予め設置される形態とした。ロードセルの配置、および皮膚に接触するチップ部は、適切な予荷重が得られ位置調節が可能となるよう機構を設計した。
３）反射応答特性の評価方法の検討のため、若年健常者を被験者として実験を行った。動力学演算の結果として関節トルクを推定し、その被験者内、被験者間における標準化の方法を明らかにした。漸増する叩打力に対する健常例での反射応答の傾向を指数関数により近似できることを示した。結果として指数関数の係数による反射異常の弁別可能性について示唆を得た。成果は国内学会にて発表した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度の達成目標として、第一に身体に装着して用いる携帯型装置の基本設計、特に叩打力検出と下肢の運動計測の方法を明らかにすること、そして第二に、反射応答特性の評価のための運動学計測、動力学計算の精度について検討することをあげた。
現在までの進捗として、目的に適う膝蓋腱反射の運動計測の方法を明確にできた点で第一の目的は達成しており、計測システムの構築と装着型装置の試作は、部分的にではあるが研究計画に先攻して実施できた。センサや周辺装置の選定は、小型化の容易さとワイヤレスセンシングの動向に鑑み、当初の申請内容からは変更となっている。また、現状での装着型装置への実装はセンサ部分に限定しており（周辺回路や記録装置は装着型装置の外に設置）、センサ周辺回路の実装は次年度に実施する予定である。大腿四頭筋の筋電位計測に関しては、より高精度な計測が行える電極やアンプを購入することとなったが、反射誘発の時間応答の評価も実施しており、概ね計画どおりである。
一方、課題として、装置による反射誘発の再現性と検出精度の数値的検討が不十分であったことがあげられる。慣性センサによる姿勢計算の角度誤差は評価できた。下肢の物理モデルによる関節トルク推定については、当初予定していたトルクモータとの比較による推定精度の検証は、結果を得るに至らなかった。既存設備での計測に困難があったことが主因であり、次年度には代替装置での対応を行って評価を実施する予定である。購入予定であった光学式モーションキャプチャーは上位機種の借用で対応するよう変更した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
１）計測システムの検証：装着型の計測システムに関して、下肢ブレース上に搭載したセンサの適切な較正方法、アライメント誤差、および3次元姿勢推定における誤差傾向について明らかにする。ただし、センサ較正については補償回路付きセンサが利用できていることから、当初の較正装置に製作に関連するエフォートは縮小する。その分は、前年度の持ち越し課題となった関節トルクの推定精度検証に注力する。センサ周辺回路の装着型装置への実装を行う。
２）評価指標の確立：叩打刺激と膝進展トルクの入出力応答を定量評価する方法を提案する。伸張反射系の反射回路のフィードバックモデルの想定のもとに、叩打から筋力トルクが発揮されるまでの伝達特性を評価する。特に、叩打と膝進展トルクの入出力応答を低次の伝達関数として同定する方法、フィードバック回路の特性としての評価、計測試技から適切な叩打入力と運動出力を選択して同定信号を得る方法、の三つの課題を実施する。
３）臨床的妥当性の検討：医師との連携のもと、提案手法による評価の妥当性と臨床利用へ向けての問題点を実験データより検討する。特に健常例と数例の神経中枢疾患の症例にて、病態、重症度の弁別に対する有用性を検討する。成果は生体医工学関連の国際学会にて発表する。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
前年度の課題とした関節トルクの推定精度の検証のために、新規に小型トルク検出器を購入して評価を行う。購入費用は設備備品費に申請していたノートパソコンの費用を充てる（代替の計測表示用の装置としてタッチパッドを用いることとし、これは平成２４年度に購入済みである）。一方、叩打力計測のための増幅回路、シグナルコンディショナなどの周辺回路を実装する。また、叩打力、筋電位、慣性センサの計測データを同期してワイヤレスで計測できるようシステムを構築する。計測システムの構築と改善にともなう電子部品の購入、製作費用を消耗品費に請求する。システム同定の手法により膝蓋腱反射の評価指標を求めるが、そのための数値解析ソフトウェアの追加機能の購入を消耗品費に請求する。医師との研究打ち合わせ旅費、生体医工学関連の国内学会、国際学会にて発表にともなう旅費、学会参加費を請求する。
|
Research Products
(1 results)
