筋シナジーと動的プリミティブの概念に基づく脳卒中への運動介入とロボット療法

• 研究課題/領域番号: 16K14198
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平井 宏明 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60388147)
• 研究協力者: クレブス ハーマノ イゴ マサチューセッツ工科大学, 機械工学科, 主任研究員・講師
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: リハビリテーション / 脳神経疾患 / 知能機械 / 人間機械システム / ロボティクス / 運動制御

研究成果の概要

現在，ロボット療法（特に下肢運動）は黎明期にあり，次世代医療の発展へ向けて正しい介入と誤った介入を見極めながら，臨床エビデンスの蓄積によって効果的な運動療法を開発することが求められている．本研究では、脳卒中リハビリテーションにおける運動協調に着目し，大阪大学とMIT研究チームが開発したシナジー診断技術とロボット療法技術を組み合わせることで，新しいロボット介入試験を実施し，シナジーと動的プリミティブの概念の下で効果を検証した．

研究成果

• [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [雑誌論文] 部分体重免荷，左右分離型トレッドミル，機能的電気刺激を用いた歩行への介入 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡夏美, 平井宏明, Taya Hamilton, 吉川史哲, 黒岩晃, 長川祐磨, 渡邉英知, 二ノ丸雄大, 佐伯友里, 植村充典, 宮崎文夫, 中田裕士, 西知紀, 成冨博章, Hermano Igo Krebs
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 54 号: 4 ページ: 412-420
  • DOI: 10.9746/sicetr.54.412
  • NAID: 130006712212
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 膝装具歩行における制御戦略の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鎌田一平，植村充典，平井宏明，宮崎文夫
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 82 号: 843 ページ: 16-00236-16-00236
  • DOI: 10.1299/transjsme.16-00236
  • NAID: 130005285774
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Effects of partial body-weight support and functional electrical stimulation on gait characteristics during treadmill exercise: pros and cons of saddle-seat-type body weight support (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Kataoka, H. Hirai, T. Hamilton, F. Yoshikawa, A. Kuroiwa, Y. Nagakawa, E. Watanabe, Y. Ninomaru, Y. Saeki, M. Uemura, F. Miyazaki, H. Nakata, T. Nishi, H. Naritomi, and H. I. Krebs
  • 学会等名: 15th IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR2017)
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2017-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] MIT-Skywalker: evaluating comfort of bicycle/saddle seat (2017)
  • 著者名/発表者名: R. S. Goncalves, T. Hamilton, A. R. Daher, H. Hirai, and H. I. Krebs
  • 学会等名: 15th IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR2017)
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2017-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] Efficacy of a knee orthosis that uses an elastic element (2017)
  • 著者名/発表者名: I. Kamada, M. Uemura, H. Hirai, and F. Miyazaki
  • 学会等名: The 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2017)
  • 発表場所: Jeju Island, Korea
  • 年月日: 2017-07-11
  • 国際学会
• [学会発表] Efficacy of a knee orthosis that uses an elastic element (2017)
  • 著者名/発表者名: I. Kamada, M. Uemura, H. Hirai, and F. Miyazaki
  • 学会等名: 39th Annual Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. (EMBC2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of partial body-weight support and functional electrical stimulation on gait characteristics during treadmill exercise: pros and cons of saddle-seat-type body weight support (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Kataoka, H. Hirai, T. Hamilton, F. Yoshikawa, A. Kuroiwa, Y. Nagakawa, E. Watanabe, Y. Ninomaru, Y. Saeki, M. Uemura, F. Miyazaki, H. Nakata, T. Nishi, H. Naritomi, and H. I. Krebs
  • 学会等名: 15th IEEE Int. Conf. Rehabilitation Robotics (ICORR2017)
  • 国際学会
• [学会発表] MIT-Skywalker: evaluating comfort of bicycle/saddle seat (2017)
  • 著者名/発表者名: R. S. Gonçalves, T. Hamilton, A. R. Daher, H. Hirai, and H. I. Krebs
  • 学会等名: 15th IEEE Int. Conf. Rehabilitation Robotics (ICORR2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Exploiting Invariant Structure for Controlling Multiple Muscles in Anthropomorphic Legs: Equilibrium-point-based Control Approach to Constrained Motion (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Watanabe, H. Hirai, Y. Ninomaru, N. Kataoka, Y. Saeki, M. Uemura, F. Miyazaki, and H. I. Krebs
  • 学会等名: Progress in Motor Control XI
  • 国際学会
• [学会発表] 足首周りの角運動量に基づく脚ロボットバランス制御の実験的検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 八木聡明, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス 講演会2017
• [学会発表] 可変剛性機構を用いたロボット膝装具の開発と実験的評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健司, 寺田祐基, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス 講演会2017
• [学会発表] サドル支持型部分体重免荷装置, 左右分離型トレッドミル, 機能的電気刺激を用いた歩行への介入とその効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片岡夏美, 平井宏明, Taya Hamilton, 吉川史哲, 黒岩晃, 長川祐磨, 渡邉英知, 二ノ丸雄大, 佐伯友里, 植村充典, 宮崎文夫, 中田裕士, 西知紀, 成冨博章, Hermano Igo Krebs
  • 学会等名: 第35回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2017)
• [学会発表] 卓球ロボットのためのヒトのラケットの動きを考慮した打撃点予測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池口誠人, 真鍋仁, 武内将洋, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第35回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2017)
• [学会発表] ヒトのドライブスイング移植による卓球ロボットの返球飛距離制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 真鍋仁, 池口誠人, 武内将洋, 植村充典, 平井宏明, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第35回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2017)
• [学会発表] 部分体重免荷、左右分離型トレッドミル、機能的電気刺激を用いた歩行への介入と効果 －サドル支持型体重免荷の利点と限界－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 小笹航平, 藤原諒, 林伸樹、片岡夏美, 平井宏明, 吉川史哲, 黒岩晃, 長川祐磨, 渡邉英知, 二ノ丸雄大, 佐伯友里, 植村充典, 宮崎文夫, 中田裕士, 西知紀, 成冨博章, Taya Hamilton, Hermano Igo Krebs
  • 学会等名: 第11回Motor Control 研究会
• [学会発表] ヒト上肢の運動生成に関する再考－タスク空間の座標系を符号化する筋協調と仮想軌道の解析－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 二ノ丸雄大，平井宏明，佐伯友里，渡邉英知，片岡夏美，植村充典，宮崎文夫，Hermano Igo Krebs
  • 学会等名: 第18回システムインテグレーション部門講演会 (SI2017)
• [学会発表] サドル支持型体重免荷トレッドミルと能動式柔軟足関節装具を用いた歩行への介入 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐伯友里, 平井宏明, 二ノ丸雄大, 片岡夏美, 渡邉英知, 植村充典, 宮崎文夫, Hermano Igo Krebs
  • 学会等名: 第18回システムインテグレーション部門講演会 (SI2017)
• [学会発表] サドル支持型体重免荷トレッドミルと機能的電気刺激を用いた歩行への介入 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒岩晃，平井宏明，吉川史哲，長川悠磨，渡邉英知，片岡夏美，植村充典，宮崎文夫
  • 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(SI2016)
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-12-15
• [学会発表] Equilibrium-point-based synergies that encode coordinates in task space: a practical method for translating functional synergies from human to musculoskeletal robot arm (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Yoshikawa, H. Hirai, E. Watanabe, Y. Nagakawa, A. Kuroiwa, E. Grabke, M. Uemura, F. Miyazaki, and H. I. Krebs
  • 学会等名: 2016 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots (Humanoids2016)
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2016-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] Exploiting invariant structure for controlling multiple muscles in anthropomorphic legs: II. experimental evidence for three equilibrium-point-based synergies during human pedaling (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Watanabe, T. Oku, H. Hirai, F. Yoshikawa, Y. Nagakawa, A. Kuroiwa, E. P. Grabke, M. Uemura, F. Miyazaki, and H. I. Krebs
  • 学会等名: 2016 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots (Humanoids2016)
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2016-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] 下肢筋骨格ロボットによる前方ペダリングの再現と考察 ―筋シナジーに基づくヒトの運動戦略の解析と制御への応用― (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉英知, 奥貴紀, 平井宏明, 吉川史哲, 植村充典, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2016)
  • 発表場所: 山形大学（山形県山形市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] ヒト上肢の姿勢保持時における終点と平衡点の一致を利用した新しい筋シナジー推定法の提案 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉川史哲, 平井宏明, 渡邉英知, 植村充典, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2016)
  • 発表場所: 山形大学（山形県山形市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 足首周りの角運動量を用いたバランス指標に基づく脚ロボットの歩行制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 植村 充典, 平井 宏明, 宮崎 文夫
  • 学会等名: 第34回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2016)
  • 発表場所: 山形大学（山形県山形市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] サドル支持型体重免荷トレッドミル歩行の運動解析：下肢の平衡点軌道、足先剛性の可視化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長川祐磨, 吉川史哲, 平井宏明, 黒岩晃, 渡邉英知, 植村充典, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第10 回モーターコントロール研究会
  • 発表場所: 慶応義塾大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-09-01
• [学会発表] 体重免荷方式の違いが歩行に与える影響：吊り上げ型とサドル支持型の比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉川史哲, 長川祐磨, 平井宏明, 黒岩晃, 渡邉英知, 植村充典, 宮崎文夫
  • 学会等名: 第10 回モーターコントロール研究会
  • 発表場所: 慶応義塾大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-09-01
• [備考] 大阪大学 基礎工学研究科 宮崎研究室
  • URL: http://robotics.me.es.osaka-u.ac.jp
• [産業財産権] 歩行訓練装置、歩行診断装置、体重免荷装置、歩行訓練方法、及び歩行診断方法 (2017)
  • 発明者名: 平井宏明, クレブス ハーマノ イゴら
  • 権利者名: 平井宏明, クレブス ハーマノ イゴら
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-036437
  • 出願年月日: 2017-02-28
• [産業財産権] Legged mechanism, walking robot, orientation control method, and program (2016)
  • 発明者名: M. Uemura, F. Miyazaki, H. Hirai
  • 権利者名: M. Uemura, F. Miyazaki, H. Hirai
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-04-01
  • 外国
• [産業財産権] Motion analysis apparatus, method for analyzing motion, and motion analysis program (2016)
  • 発明者名: F. Miyazaki, H. Hirai, M. Uemura
  • 権利者名: F. Miyazaki, H. Hirai, M. Uemura
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-06-15
  • 外国
• [産業財産権] 運動解析装置, 運動解析方法及び運動解析プログラム (2016)
  • 発明者名: 平井宏明, 吉川史哲, 渡邉英知, 長川祐磨, 黒岩晃ら
  • 権利者名: 平井宏明, 吉川史哲, 渡邉英知, 長川祐磨, 黒岩晃ら
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-173385
  • 出願年月日: 2016-09-06
• [産業財産権] Method for determining leg-phase shift timing, leg-phase shift timing determination apparatus, method for controlling walking assistance, and walking assistance (2016)
  • 発明者名: M. Uemura, F. Miyazaki, H. Hirai
  • 権利者名: M. Uemura, F. Miyazaki, H. Hirai
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-12-14
  • 外国