仮想壁で転倒リスクを見える化：立位-感覚重みインピーダンスの提案と立位機能評価

• 研究課題/領域番号: 16H05914
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: リハビリテーション科学・福祉工学
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 島 圭介 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50649754)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円); 2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2017年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
• キーワード: ライトタッチコンタクト / 転倒予防 / 転倒リスク評価 / 診断支援 / 体性感覚刺激 / 立位機能評価 / 感覚モデル / 診断＆リハビリテーション支援 / インピーダンス / インピーダンス推定

研究成果の概要

代表者はこれまでに人間の周りに機械特性を持つ仮想壁を作り，壁への接触反力を振動刺激によって知覚させてあらゆる空間で立位姿勢を安定化する方法論，Virtual Light Touch（VLT）法を提案した．本研究では，VLT 法に基づいて(1) 仮想壁を利用して姿勢動揺を誘発させて立位機能を評価する新しい方法論を開発するとともに，(2) 立位機能とライトタッチの関係を表現する立位制御モデルを提案する．(3) 視覚，体性感覚，前庭感覚の重み状態を表現する新しい感覚重み評価モデルを考案し，(4) 転倒リスク評価にもとづく機能訓練によって立位と歩行にかかわる機能改善が可能か検討した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

超高齢社会を迎えた昨今，転倒災害による死亡者数は増加の一途をたどり，転倒事故の削減，予防が喫緊の課題である．厚生労働省と労働災害防止団体も，転倒災害を減少せるための「ＳＴＯＰ！転倒災害プロジェクト」を推進しているものの，未だ取り組むべき課題が多く残されているのが現状である．本研究成果により，人が安定した歩行や立位姿勢維持のための身体能力を有しているかを転倒リスクとして定量的に評価し，日常生活において転倒を効果的に防ぐための基礎的な方法論が確立できた．これは今後の超高齢社会を支える非常に重要な根幹技術となり，健康診断など簡易的な転倒リスク検査によって多くの転倒事故問題の解決の糸口となり得る．

研究成果

• [国際共同研究] Italian Institute of Technology(イタリア)
• [雑誌論文] 身体揺らぎに基づく振動刺激制御による仮想ライトタッチ現象の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上條 冬矢，坂田 茉実，島 圭介，島谷 康司
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: 58 号: 1 ページ: 39-46
  • DOI: 10.11239/jsmbe.58.39
  • NAID: 130007832489
  • ISSN: 1347-443X, 1881-4379
  • 年月日: 2020-03-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] ライトタッチ現象の再現を目指したSensory Reweightingに基づくヒト立位制御モデル (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂田 茉実, 島 圭介, 島谷 康司
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 55 号: 11 ページ: 674-682
  • DOI: 10.9746/sicetr.55.674
  • NAID: 130007748634
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり
• [雑誌論文] 隠れマルコフモデルに基づく未学習クラスの推定法と時系列生体信号の識別 (2018)
  • 著者名/発表者名: 迎田 隆幸、島 圭介
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 54 号: 1 ページ: 9-15
  • DOI: 10.9746/sicetr.54.9
  • NAID: 130006319030
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり
• [雑誌論文] 脳卒中片麻痺患者の方向転換課題における歩行特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: SHISHIDO Kenichiro、TANAKA Satoshi、SHIMATANI Koji、KANAI Shusaku、SHIMA Keisuke、OUCHIDA Tomoki、OKUBO Mika
  • 雑誌名: 理学療法科学 巻: 33 号: 2 ページ: 229-234
  • DOI: 10.1589/rika.33.229
  • NAID: 130006727717
  • ISSN: 1341-1667, 2434-2807
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Human Finger Tapping Movements Through Magnetic Measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Shima Keisuke、Tsuji Toshio、Kandori Akihiko、Yokoe Masaru、Sakoda Saburo
  • 雑誌名: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 巻: 24 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1109/tmech.2018.2881002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temporal Processing Instability with Millisecond Accuracy is a Cardinal Feature of Sensorimotor Impairments in Autism Spectrum Disorder: Analysis Using the Synchronized Finger-Tapping Task (2017)
  • 著者名/発表者名: Morimoto Chie、Hida Eisuke、Shima Keisuke、Okamura Hitoshi
  • 雑誌名: Journal of Autism and Developmental Disorders 巻: 48 号: 2 ページ: 351-360
  • DOI: 10.1007/s10803-017-3334-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 仮想ライトタッチコンタクトを利用した立位機能評価システム (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂田 茉実，島 圭介，島谷 康司
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 52 号: 8 ページ: 437-445
  • DOI: 10.9746/sicetr.52.437
  • NAID: 130005265949
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Development of an anomaly detection method with a novel hidden semi-Markov model incorporating unlearned states (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Mukaeda,Keisuke Shima, Saori Miyajima, Yuki Hashimoto, Takayuki Tanaka, Naomichi Tani, Hiroyuki Izumi
  • 学会等名: 2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of somatosensory information provision to fingertips for mitigation of postural sway and promotion of muscle coactivation in an upright posture (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Mitani, Koji Shimatani, Mami Sakata, Takayuki Mukaeda and Keisuke Shima
  • 学会等名: 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 国際学会
• [学会発表] Light touch-based walking support device for fall prevention (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shima, Mami Sakata and Koji Shimatani
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A Standing Function Evaluation System Based on Virtual Light Touch Contact and Factor Analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Mami Sakata, Dai Kawahara, Keisuke Shima, Hiroyuki Izumi, Tomoyuki Nagara and Koji Shimatani
  • 学会等名: the 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 国際学会
• [学会発表] StA2BLE:高齢者の転倒事故予防のための立位機能支援・評価技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 島 圭介
  • 学会等名: 第14回高齢社会デザイン(ASD)研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 安心安全な労働のための転倒リスク評価StABLE (2018)
  • 著者名/発表者名: 島 圭介
  • 学会等名: 第91回産業衛生学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 時系列生体信号識別のためのFPGAアクセラレーションを指向した近似CD-HMM (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 圭祐，島 圭介
  • 学会等名: 第19回システムインテグレーション部門講演会
• [学会発表] ヒトのライトタッチ効果に基づく倒立振子型立位制御モデル (2018)
  • 著者名/発表者名: 島 圭介，坂田 茉実，島谷 康司
  • 学会等名: 第19回システムインテグレーション部門講演会
• [学会発表] 労働者の転倒予防を目的とした片足立ち上がりテストに基づく運動機能評価システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀田 真悟，坂田 茉実，島 圭介，乍 智之，泉 博之，島谷 康司
  • 学会等名: 第19回システムインテグレーション部門講演会
• [学会発表] 仮想壁を利用した体性感覚刺激に基づく立位年齢評価モデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂田 茉実，山下 正次，島 圭介，島谷 康司，泉 博之，乍 智之
  • 学会等名: 第22回ロボティクスシンポジア
  • 発表場所: ホテル磯部ガーデン
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] Simplified Standing Function and Sensory Evaluation System for Fall Prevention (2017)
  • 著者名/発表者名: Mami Sakata, Keisuke Shima, Hiroyuki Izumi, Tomoyuki Nagara and Koji Shimatani
  • 学会等名: Proceedings of the 1st The IEEE Life Sciences Conference (LSC2017)
  • 国際学会
• [学会発表] A Fundamental Study on How Holding a Helium-filled Balloon Affects Stability in Human Standing (2017)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shima, Koji Shimatani, Gen Sato, Mami Sakata, Psiche Giannoni and Pietoro Morasso
  • 学会等名: Proceedings of the 2017 IEEE 15th International Conference on Rehabilitation Robotics
  • 国際学会
• [学会発表] 転倒予防のための仮想ライトタッチ型歩行デバイスと筋骨格モデルに基づく歩行解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山下 正次，島 圭介，島谷 康司
  • 学会等名: 第18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
• [学会発表] 仮想壁を用いた立位機能評価システム ～因子分析に基づく立位機能の評価と分類～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 川原 大，坂田 茉実，島 圭介，泉 博之，乍 智之，島谷 康司
  • 学会等名: 計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2017
• [学会発表] ウェアラブルセンサによる立位年齢の定量的評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 島 圭介
  • 学会等名: 軽労化研究会 第33回定例会
  • 招待講演
• [学会発表] 転倒災害防止のためのリスク評価法～仮想壁を利用した立位機能評価～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 島 圭介，島谷 康司
  • 学会等名: 第17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オープンフォーラム「いま労働安全衛生に必要な計測・システム・サービスとは何か？」
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-12-16
  • 招待講演
• [学会発表] 仮想壁を利用した立位機能評価システム～立位年齢モデルの検討～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂田 茉実，島 圭介，島谷 康司，泉 博之
  • 学会等名: 第17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
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-12-15
• [学会発表] 高齢者の転倒予防を目的とした振動刺激制御に基づく立位機能評価システム (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂田 茉実，島 圭介，島谷 康司，泉 博之
  • 学会等名: 第17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
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-12-15
• [学会発表] 産業現場における転倒リスク見える化の試み～仮想壁を利用した立位機能評価～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 島 圭介，島谷 康司，坂田 茉実
  • 学会等名: 第6回職場における転倒災害防止研究会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2016-11-04
  • 招待講演
• [学会発表] Simplified Standing Function Evaluation System for Fall Prevention (2016)
  • 著者名/発表者名: Mami Sakata, Keisuke Shima, Koji Shimatani and Hiroyuki Izumi
  • 学会等名: Intelligent Robotics and Applications - 9th International Conference, ICIRA 2016
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2016-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] 仮想壁を利用した立位機能評価システム～簡易評価システムの開発と年代別機能評価～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂田 茉実, 島 圭介, 島谷 康司, 泉 博之
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-06-08
• [備考]
  • URL: http://www.bmer.ynu.ac.jp/publications_journal.html
• [備考]
  • URL: http://www.bmer.ynu.ac.jp/
• [備考] http://www.bmer.ynu.ac.jp/
• [備考] YNU SHIMA Laboratory
  • URL: http://www.bmer.ynu.ac.jp/
• [産業財産権] 姿勢安定用の補助装置 (2020)
  • 発明者名: 島 圭介，上條 冬矢，坂田 茉実
  • 権利者名: 島 圭介，上條 冬矢，坂田 茉実
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] 計算機，計算方法及びプログラム (2020)
  • 発明者名: 島 圭介，迎田 隆幸
  • 権利者名: 島 圭介，迎田 隆幸
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] 指標値算出装置、指標値算出方法及びプログラム (2017)
  • 発明者名: 島 圭介，坂田 茉実，島谷 康司，泉 博之
  • 権利者名: 島 圭介，坂田 茉実，島谷 康司，泉 博之
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] 指標値算出装置、指標値算出方法及びプログラム (2017)
  • 発明者名: 島 圭介，坂田 茉実，島谷 康司，泉 博之
  • 権利者名: 島 圭介，坂田 茉実，島谷 康司，泉 博之
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017-03-13