ブルートゥス無線USB規格通信による健常者の摂食動作時における上肢運動の測定

• Project/Area Number: 21933008
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 境界医学・社会医学・看護学等
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 平野 秀利 Niigata University, 歯学部, 技術系職員
• Project Period (FY): 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥550,000 (Direct Cost: ¥550,000); Fiscal Year 2009: ¥550,000 (Direct Cost: ¥550,000)
• Keywords: 加速度成分の分離 / 加速度2重種分 / LabVIEWバーチャルインスツルメンツ

Research Abstract

【研究目的】
近年、身体の運動学的な現象を捉える計測機器には多種多様なものがあり、いづれも実用化においてセンサ群を複合化することで、より多くの信号情報量を抽出できるが運動学的解析に複雑さを伴う。そこで我々は、信号成分の統一化を図り、原理的には、3軸傾斜角加速度センサの信号から角度成分と加速度成分を分離し、加速度成分のみを2重積分して変位を求め、傾斜角と変位による3軸位置ベクトル座標を構成することで、この計測記録システムが臨床的に寝たきり者や運動機能の障害をもっ患者さんの摂食動作や生活動作の改善を目指すリハビリテーションに応用可能とするため、多軸性関節可動域内の三次元運動軌跡を再現・記録できる3軸センサ特性を検証するため、健常者の摂食動作時における上肢の運動測定を試みた。
【研究方法】
1)ハードウェア及びファームウェアの製作:センサユニット部は、3軸傾斜角加速度センサ、PICマイコンから成り、ブルートゥスシリアルアダプタを介して無線シリアル送信する。パソコン受信側は、ブルートゥスUSBドングルで仮想COMポートを構成した。
2)計測プログラムの製作:パソコン側プログラムでは、ファームウェアの制御とLabVIEWバーチャルインスツルメンツでセンサ信号成分の分離と2重積分、3軸位置ベクトル表示と計算値の記録を処理した。
3)測定法:今回の測定は、健常者に座位で、3軸傾斜角加速度センサを体幹の頭頚部背側に1個、上腕部に1個、手掌部に1個、計3個使用し、体幹を基点にすることで身体の動揺の影響を補正し、最も単純な摂食動作で上腕部、手掌部の相対運動軌跡を模索検討するため、手づかみでピーナツを口腔内に運ぶまでの動作を測定した。実際の上腕部、手掌部の運動をプログラム処理座標表示画像とビデオカメラ画像とを比較検討した。
【研究成果】
本計測システムでは、10m以内でのコードレスで無線遠隔操作が可能であり、多軸性関節可動域内の解剖学的三平面、前頭面、水平面、矢状面内の運動軌跡のデータ抽出と観察が可能であったが、摂食動作パターンはある程度再現することが出来たが、3軸位置ベクトル表示に大きな誤差が生じた。これは、プログラムによる加速度成分分離のフィルタ効果による、直流ドリフトの発生が2重積分処理に大きな影響を与えたと思われる。このことから、加速度成分の分離法と2重積分処理プログラムの再考が今後の課題となった。