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Handrail to Estimate Recovery Process of Standing-up Motion of Hemiplegia Patients

Research Project

Project/Area Number 19K22799
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo (2019, 2022)
Kyushu University (2020-2021)

Principal Investigator

An Qi  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (70747873)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 淺間 一  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50184156)
宮井 一郎  社会医療法人大道会(神経リハビリテーション研究部), 神経リハビリテーション研究部, 部長 (60510477)
服部 憲明  富山大学, 学術研究部医学系, 教授 (70513141)
下田 真吾  国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, ユニットリーダー (20415186)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords片麻痺 / 起立動作 / 診断システム / 手すり / 運動機能障害 / 機械学習 / 片麻痺患者 / リハビリテーション / 立ち上がり動作 / 筋シナジー / 福祉用具 / IoT
Outline of Research at the Start

起立動作は日常動作の起点となる重要な動作であり,ヒトは筋シナジーを制御して,運動を達成する.片麻痺になると筋シナジーが阻害され運動障害が残るが,リハビリを経て,筋シナジーを調整できるようになり,運動が改善する.このように,筋シナジーの変化は患者の回復過程を評価する上で重要であるが,従来手法では,筋シナジーの抽出には患者の身体にセンサを貼って筋活動を計測する必要があり,1名の計測に多大な手間を要していた.それに対して,本研究は筋電位計を用いず,動作中の筋シナジーを1分以内という短時間で計測し,多くの患者の運動機能の評価を可能にする新しい計測手法を確立する挑戦的な研究である.

Outline of Final Research Achievements

Hemiplegia after brain injury impairs motor function. Understanding the recovery process of one's own motor function is important for maintaining motivation during rehabilitation. In this study, we focused on the fact that when motor function is impaired, people compensates for the impaired function by using welfare equipment such as handrails to achieve movement. Based on this phenomena, we constructed a system to estimate the user's motor function from the force applied to the handrail. In this study, more than 30 hemiplegic patients participated in the experiment, and multiple measurement experiments were conducted. We were able to show that the degree of motor function could be estimated with an accuracy of more than 80% by using only the feature values of the force applied to the handrail.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳損傷後のリハビリテーションにおいて自分自身の回復過程を知り、モチベーションを保つことは重要である。しかし実際の臨床現場においては、医師や理学療法士による運動機能の評価が行われたり、高価で装着が大変なセンサ類などを用いた運動機能の評価が行われており、自分の運動機能を知る機会が限られている。それに対して、本研究では使用者にはセンサを貼り付ける必要がなく、手すりを把持して起立動作を数回行うことで運動機能の推定を行うシステムを構築した。これによって運動の評価にかかる時間の圧倒的な短縮を実現することができた。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Classification of Motor Impairments of Post-Stroke Patients Based on Force Applied to a Handrail2021

    • Author(s)
      An Qi、Yang Ningjia、Yamakawa Hiroshi、Kogami Hiroki、Yoshida Kazunori、Wang Ruoxi、Yamashita Atsushi、Asama Hajime、Ishiguro Shu、Shimoda Shingo、Yamasaki Hiroshi、Yokoyama Moeka、Alnajjar Fady、Hattori Noriaki、Takahashi Kouji、Fujii Takanori、Otomune Hironori、Miyai Ichiro、Kurazume Ryo
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering

      Volume: 29 Pages: 2399-2406

    • DOI

      10.1109/tnsre.2021.3127504

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of Force Applied to Horizontal and Vertical Handrails with Impaired Motor Function2023

    • Author(s)
      Ryoya Kihara
    • Organizer
      2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 関節に対する運動制限が手すりを用いた立ち上がり動作に与える影響の解析2021

    • Author(s)
      木原
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会(SSI2021)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 起立動作中の縦手すりにかかる力 を用いた運動機能の評価2021

    • Author(s)
      安琪
    • Organizer
      LIFE2020-2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 片麻痺患者の起立動作中の手すりにかかる力を用いた運動障害の度合の分類2020

    • Author(s)
      安ち
    • Organizer
      38回日本ロボット学会・学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 片麻痺患者の起立動作における手すりにかかる力を用いた筋シナジーの推定2019

    • Author(s)
      Qi An
    • Organizer
      第37回日本ロボット学会・学術講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 片麻痺患者の起立動作における縦手すりにかかる力の解析2019

    • Author(s)
      Qi An
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 人の動態計測のための IoT センサデバイスの開発2019

    • Author(s)
      滝田謙介
    • Organizer
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2024-01-30  

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