2014 Fiscal Year Research-status Report
能動免荷・筋力補助と多種刺激を併用した促通機能付き麻痺上肢複合運動訓練装置の開発
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26350616
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
余 永 鹿児島大学, 理工学研究科, 准教授 (20284903)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川平 和美 鹿児島大学, 医歯(薬)学総合研究科, 客員研究員 (20117493)
下堂薗 恵 鹿児島大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (30325782)
林 良太 鹿児島大学, 理工学研究科, 准教授 (40288949)
衛藤 誠二 鹿児島大学, 医学部・歯学部附属病院, 講師 (70295244)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 理学療法学 / 知能ロボット / 感覚行動システム / センシングデバイス・システム / ヒューマンインターフェース / 易収縮的筋電気刺激 / 機能的筋振動刺激 / 興奮収縮連関 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)肩上下と屈伸、肘屈伸と前腕回内・回外に関して作動筋群を特定し、振動刺激の特定筋の刺激位置、時間、周波数と振幅；電気刺激の特定筋モータポイント位置、筋収縮の閾値レベル、持続時間、周波数と振幅からの各運動促通効果を確定した。神経学的本質と実質の運動学・力学的効用を探り、筋作動時の機能的振動刺激方法と筋収縮閾値以下の易収縮的電気刺激方法を確立した。第15回計測自動制御学会SI部門講演会「片麻痺指への促通反復療法における効果的伸張反射を促す易収縮的電気刺激と特性解析」を題として一部の成果を発表し、また「麻療機能回復訓練装置及び麻療機能回復訓練方法」の発明で2014年12月に出願した。
(2)人の上肢運動する意図を、個人差や服装の環境の違いでも人に感じない微小な力覚センシングで高感度かつ瞬間的に取得する手法と，その情報に基づいて上肢の筋力や随意運動を能動的に補助する知的制御方法を理論的に検討し、その制御手法を確立した。
(3)上肢の運動学解析を行い、筋力や随意運動の能動補助と促通訓練を実現できる装置の駆動機構のメカニズムを確立した。また力学解析を行い、人の動きによる力変化を高感度検知できる力覚センシング機構のメカニズムを確立した。
(4)確立された駆動機構と力覚センシング機構のメカニズムに基づき、上肢の上下・水平運動用のワイヤ駆動機構と回内・回外用の軽量で前腕装着する駆動機構を設計した。ここでは、駆動機構の運動と力覚センサのセンシングが互いに干渉にならないように設計に工夫した。成果を「無水平負荷式上肢自重免荷訓練装置」の発明で2014年12月に出願した。
(5)確立された上肢複合運動訓練装置機構とセンサ機構の設計に基づいて装置を試作し、その運動学・力学特性を動作確認した。回転運動と水平面内並進運動の慣性を低減するために、非金属材料などを利用して前腕に装着する回内・回外アシスト機構部品の軽量化（低慣性化）に工夫した。
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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年度には、振動刺激装置を試作し、特定筋への振動刺激と電気刺激の促通効果から各自の適切パラメータを確定し、装置の運動機構、運動による微小力変化を高感度検知できる力覚センサ構造、筋力や運動を能動的に補助する制御手法を理論的に検討し、軽量化した装着便利な装置を設計する、と計画していたが、設計までの進度は予定より早くなったので、上肢複合運動訓練装置を試作して動作確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度には、設計により装置機構とリーチング目標到達時の音声刺激機構の製作を行う。そして、訓練装置により筋力・随意運動を補助する促通手技の運動学・力学的な定量評価ソフト、訓練課題と検査・評価課題に関するソフト、訓練中の複合運動機能回復の定量的な評価ソフトも開発する。
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| Causes of Carryover |
購入した物品の費用や加工費用の変化により、502円の未使用額が生じたが、これを平成２７年度の物品費として使う予定としている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
（１）リーチング訓練を実現するために、接触センサ、圧力センサと音声ユニットを用いて、手先が接触すると音声知らせを出す上前方目標、頭部目標と初期位置目標を製作して、上前方へ、頭部へ、初期位置への各リーチングにおける運動タイミング（音声）刺激装置を完成する。そのため、現有設備の以外に、［消耗品費］訓練装置製作・材料費、センサ用アンプ、入出力ボード、などを使用予定としている。
（２）装置の運動覚センサと力覚センサを用いて、特定筋への各種刺激による運動の促通効果と、装置によるその筋力と随意運動への能動補助効果について、訓練装置の運動学・力学に関する定量評価ソフトを開発する。そして、訓練課題と検査・評価課題のソフトをそれぞれ開発し、上肢複合運動機能回復の定量評価方法を確立してその評価ソフトを開発する。そのため、現有設備の以外に、［消耗品費］実験用品製作・材料費、などを使用予定としている。
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[Journal Article] Quantitative Evaluation of Toothbrush and Arm-joint Motion during Tooth Brushing2014
Author(s)
Emi Inada, Issei Saitoh, Yong Yu, Daisuke Tomiyama, Daisuke Murakami, Yoshihiko Takemoto, Ken Morizono, Tomonori Iwasaki, Yoko Iwase, Youichi Yamasaki
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Journal Title
Clinical Oral Investigations, Springer
Volume: Published Online
Pages: 1-12
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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