2014 Fiscal Year Annual Research Report
高齢者の転倒予防の一助となる歩行時の運動・認知機能計測システム
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25709015
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
高橋 正樹 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (10398638)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 運動力学 / ロボティクス / 人間計測 / 人間支援 / 医療・福祉 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では、高齢者が日常生活を営む上で必要な運動機能と認知機能を同時活性化する機能を定量可視化するシステムを構築することを目的としている。また、転倒予防の側面から、豊かな高齢化社会構築への一助となる歩行計測システムの確立を目的とし、多数の高齢者に対して計測可能なシステムを提案、開発し、その妥当性を高齢者の被験者実験より検証する。
平成２６年度は、高齢者の運動機能を評価する試験方法のひとつである片足立ち試験において離踵時間、着床時間を検出するアルゴリズムを開発し、片足立ち時間を計測可能な固定式の歩行計測システムを開発した。開発した歩行計測システムを用いて要支援 1，2 (厚生労働省, 2012) の高齢者 15 名（男性 7 名，女性 8 名，年齢 78.3±6.3 歳）を対象に片足立ち時間の計測を行った。床反力計を用いた計測結果と比較することにより計測値の妥当性を確認した。また、3mの歩行スペースがあれば実施可能で、立ち上がり、歩行、方向転換、座り込み動作を含み、日常生活における機能的な移動能力を評価可能なTimed Up and Go試験において、離床、着床、歩幅、歩隔、歩行速度を計測可能な固定式の歩行計測システムを開発した。高齢者180名を対象にTUG試験を実施した。実験結果より、先述の計測項目が取得可能であることを確認している。現在、3次元動作解析システムVICONの結果と比較することにより、取得された計測値の妥当性検証を進めている。
移動式の歩行計測システムである全方位移動機構を有する歩行計測ロボットに環境地図生成・自己位置推定技術を実装し、3次元動作解析システムVICONと比較することにより、自己位置推定精度を検証し、グリッドサイズの3cm以下の精度におさまっていることを確認した。
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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
平成２６年度の研究計画は、歩行課題は誘導するロボット（移動式歩行計測システム）に誘導された直進歩行とする。ロボットと環境を同時に注視する必要があるため認知課題も高度化している。移動方向を支持する画面を被験者に向けて移動する必要があるため、並進方向と回転方向が同時に制御可能な全方位移動機構を駆動系とする自律移動ロボットを開発した。転びにくい高齢者は常に1.5～2.0 m先に視線を向けているという知見に基づいて、1.5～2.0 mの距離を保ちながら目標方向へと誘導する経路計画と姿勢制御則を開発した。また、訓練時の被験者の転倒の危険性を低減するため、歩行訓練士が介添えして訓練することを想定し、複数名の歩行特性を検出、識別可能な技術を開発した。
さらに、高齢者関連施設において、片足立ち試験における片足立ち時間の計測、機能的運動能力を評価するTimed Up and Go試験における歩行特性を取得可能な固定式の計測システムを開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度は、右左折を含む日常生活に近い歩行を想定し、直進移動に加えて、方向転換を含む歩行動作を課題とする。方向転換時には支持脚の影響で遊脚がセンサから隠れてしまうため、隠れている間の遊脚の位置、速度の推定技術と脚の追跡技術が必要となる。また、現在のレーザレンジセンサの仕様（特にサンプリング周期と角度分解能）で対応か否かを検証する必要がある。直線移動、方向転換の歩行課題に対して、VICONとの比較により、移動式の歩行計測システムの計測精度を検証する。その際に評価する計測項目は、方向指令に対する反応時間、左右の脚の位置、速度の履歴（センサ未取得時の推定を含む）、ストライド長、ストライド時間とする。
また、移動式計測システムであるロボットに関しては右左折時には回転運動を伴うため、自己位置推定精度が劣化すると言われているため環境地図生成技術・自己位置推定技術（SLAM: Simultaneous localization and mapping）の改良に加えて、被験者を見失わずに1.5～2.0 mの距離を保ちながら安全に誘導するための経路計画と姿勢制御則を確立する。
ステージⅠの固定式の計測装置あるいはステージⅡの移動式計測装置に関して、複数の介護関連施設で利用してもらい、計測技術、移動技術に関する課題をフィードバックしてもらい、実現性の高い計測システムへと改良する。
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