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少数センサによりユーザ負担の軽いウェアラブル歩行姿勢および運動解析システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K11106
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分59040:栄養学および健康科学関連
研究機関高知工科大学

研究代表者

芝田 京子  高知工科大学, システム工学群, 准教授 (00307117)

研究分担者 佐藤 公信  国立研究開発法人情報通信研究機構, サイバーセキュリティ研究所, 主任研究員 (90461384)
武政 龍一  高知大学, 教育研究部医療学系臨床医学部門, 准教授 (20294837)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードヘルスプロモーション / ウェアラブルセンシング / バイオメカニクス / AI / 歩行 / 床反力 / 腰部負荷 / 深層学習 / ウェアラブル / 下肢3関節モーメント / 3次元動作解析 / 下肢関節モーメント / 腰椎椎間板負荷 / モバイル / 慣性センサ / 健康工学 / 歩行解析 / 予防
研究成果の概要

効果的な歩行運動を促し健康維持向上に貢献するため、身体各部位ごとの働きや体にかかる負担など歩行能力の詳しい情報を日常的かつ連続的にセルフチェックできる個人用携帯型システムの開発を目的とした。歩行の特徴を用いて動力学やバイオメカニクスの理論、統計処理、深層学習を駆使した信号処理アルゴリズムを確立し、データの高精度化、測定時のユーザ負担の軽減を実現した。現在は、条件付きではあるが、小型軽量なウェアラブルセンサ1つで歩行時床反力を測定可能である。また少数のウェアラブルセンサにより腰部負荷と脊柱形状をリアルタイムで観察可能なアプリを開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題で推定している床反力や下肢関節モーメント、腰部負荷は、医療現場でも重要視される歩行運動の質を評価する有用情報である。これらを高精度に測定するには従来は多数センサや高価な専門機器が必要であり、ユーザへの高負担や歩容の乱れが問題となっていた。本課題では一般ユーザの個人使用を目指し、少ない測定データから有用情報を高精度推定する高度な信号処理技術を開発した。これにより、低価格でいつでもどこでも手軽に自身の歩行運動をチェックでき、意欲向上、健康維持につながるため、予防医学や医療費削減の貢献も考えられる。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (46件) (うち国際学会 11件)

  • [雑誌論文] Estimation of Floor Reaction Force During Walking Using Frequency Analysis2021

    • 著者名/発表者名
      S Hontama, K Shibata, Y Inoue, H Satoh
    • 雑誌名

      International Journal On Advances in Systems and Measurements

      巻: 14 ページ: 92-102

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 深度情報のない歩行動画を用いた畳み込みニューラルネットワークによる鉛直床反力推定2022

    • 著者名/発表者名
      望月偉史,芝田京子
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第60期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 重回帰分析による筋張力を考慮した腰部負荷の推定2022

    • 著者名/発表者名
      姫田晃希,芝田京子
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第60期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 動作モード関数による歩行中の合成床反力推定(異なる歩調への適用)2022

    • 著者名/発表者名
      本玉将平,芝田京子,井上喜雄
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第60期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 筋骨格モデルシミュレーションを用いたWebカメラ画像からの腰部負荷推定2022

    • 著者名/発表者名
      西本陸矩,芝田京子
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習を用いた光トポグラフィによる歩行時の快不快情動判別2022

    • 著者名/発表者名
      三浦颯太,芝田京子
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国学生会第52回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 周波数解析を用いた歩行時床反力の推定 -対象被験者数の異なる動作モード関数での精度比較-2021

    • 著者名/発表者名
      芝田 京子,本玉 将平,井上 喜雄
    • 学会等名
      第53回日本人間工学会中国・四国支部大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 動作モード関数による歩行中の合成床反力推定2021

    • 著者名/発表者名
      本玉将平,芝田京子,井上喜雄
    • 学会等名
      第42回バイオメカニズム学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ディープラーニングを用いた歩行時下肢関節モーメントの推定2021

    • 著者名/発表者名
      木村武, 芝田京子
    • 学会等名
      日本機械学会 IIP2021 情報・知能・精密機器部門講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨盤傾斜角度が腰椎椎間板負荷に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      仲田亮太,芝田京子
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第59期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 日常よくみる腰椎疾患の画像診断と疼痛マネジメント2021

    • 著者名/発表者名
      武政龍一
    • 学会等名
      Orthopedics Live Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Estimation of Body Part Acceleration While Walking Using Frequency Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Shohei Hontama, Kyoko Shibata, Yoshio Inoue, Hironobu Satoh
    • 学会等名
      CENTRIC 2020, The Thirteenth International Conference on Advances in Human-oriented and Personalized Mechanisms, Technologies, and Services
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation of Load on Lumbar Spine While Walking by Using Multiple Regression Analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Himeda, H., Shibata, K., Satoh, H
    • 学会等名
      AHFE Virtual Conference on Human Factors and Ergonomics in Healthcare and Medical Devices, and the International Conference on Human Factors in Aging and Special Needs
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sound Identification System from Auditory Cortex by Using fMRI and Deep Learning: Study on Experimental Design for Capturing Brain Images2020

    • 著者名/発表者名
      Shinke, J., Shibata, K., Satoh, H.
    • 学会等名
      AHFE Virtual Conference on Human Factors and Ergonomics in Healthcare and Medical Devices, and the International Conference on Human Factors in Aging and Special Needs
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Minimally Invasive Spondylolysis Repair by Percutaneous Compression Screwing with Cortical Bone Trajectory for Early Return to Sports and Bony Healing in Adolescent Athletes2020

    • 著者名/発表者名
      Takemasa R
    • 学会等名
      JOSKAS-JOSSM 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 周波数領域における歩行運動の特徴2020

    • 著者名/発表者名
      本玉 将平,井上 喜雄,芝田 京子
    • 学会等名
      日本機械学会2020年度年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨盤の傾斜角度による腰椎椎間板負荷推定の精度向上の試み2020

    • 著者名/発表者名
      仲田 亮太,芝田 京子
    • 学会等名
      日本機械学会2020年度年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 腰椎除圧手術における腰痛の変化2020

    • 著者名/発表者名
      葛西雄介、武政龍一、青山直樹、喜安克仁、池内昌彦
    • 学会等名
      第108回高知整形外科集談会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 周波数解析による歩行運動の特徴抽出(上半身の伝達関数)2020

    • 著者名/発表者名
      本玉将平, 芝田京子, 井上喜雄
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国学生会第50回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 腰椎部負荷の非侵襲推定法の改善2020

    • 著者名/発表者名
      姫田晃希, 芝田京子, 西田隼人, 仲田 亮太
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国学生会第50回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 腰痛予防のためのバイオフィードバックによる姿勢改善支援システム2020

    • 著者名/発表者名
      西田隼人,芝田京子
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第58期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 少数の IMU を用いた下肢関節モーメント推定2020

    • 著者名/発表者名
      小谷広生,芝田京子,井上喜雄
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第58期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Improvement of emotions identification rate while walking using preprocessing for deep learning2020

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Yagura and Kyoko Shibata
    • 学会等名
      2020 IEEE 2nd Global Conference on Life Sciences and Technologies
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 慣性力を用いた床反力の推定2019

    • 著者名/発表者名
      芝田 京子,井上 喜雄,園部 元康,一色 淳
    • 学会等名
      日本人間工学会第60回大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Structural Analysis of Spinal Column to Estimate Intervertebral Disk Load for a Mobile Posture Improvement Support System2019

    • 著者名/発表者名
      Kyoko Shibata, Yu Suzuki, Hironobu Satoh and Yoshio Inoue
    • 学会等名
      IHSED2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of a Monitoring System for Preventing Elderly Fall Down from a Bed2019

    • 著者名/発表者名
      Hironobu Satoh and Kyoko Shibata
    • 学会等名
      IHSED2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脊柱体表面形状による腰椎椎間板負荷の推定2019

    • 著者名/発表者名
      芝田 京子,仲田 亮太,西田 隼人,井上 喜雄
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 歩行姿勢改善のためのウェアラブルな腰椎椎間板負荷推定2019

    • 著者名/発表者名
      仲田亮太,芝田京子,西田隼人,姫田晃希
    • 学会等名
      LIFE2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 片脚支持期におけるIMUを用いた股関節モーメント推定2019

    • 著者名/発表者名
      小谷広生,芝田京子,井上喜雄
    • 学会等名
      LIFE2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 腰椎除圧手術における腰痛の変化2019

    • 著者名/発表者名
      葛西雄介、武政龍一、青山直樹、喜安克仁、池内昌彦
    • 学会等名
      第133回中部日本整形外科災害外科学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨粗鬆症性椎体骨折後の脊柱矢状面アライメント代償機構2019

    • 著者名/発表者名
      喜安克仁、葛西雄介、青山直樹、南場寛文、武政龍一、池内昌彦
    • 学会等名
      第21回日本骨粗鬆症学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 高齢者の腰曲がりについて ~健やかに老いるためにはどうすれば良いか~2019

    • 著者名/発表者名
      武政龍一
    • 学会等名
      第13回医療と音楽の集い&第6回福祉フェア
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 歩行時腰椎椎間板負荷推定における腰部ねじれ動作の影響2019

    • 著者名/発表者名
      西田隼人,芝田京子,仲田亮太,姫田晃希
    • 学会等名
      令和元年度計測自動制御学会四国支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ウエアラブルセンサによる身体慣性力を用いた歩行時床反力の推定2019

    • 著者名/発表者名
      一色 淳,井上 喜雄,芝田 京子,園部 元康
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第57期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 椎間板負荷推定のための脊柱の構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 佑,芝田 京子,井上 喜雄,園部 元康
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第57期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 慣性センサを用いた歩行計測システムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      宮本 弦,園部 元康,芝田 京子,廣瀬 圭
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第57期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 歩行時における腰椎椎間板負荷の非侵襲的な推定2019

    • 著者名/発表者名
      仲田亮太,芝田京子,井上喜雄,園部元康
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国学生会第49回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Noninvasive estimation of lumbar intervertebral disk load using multiple regression analysis to consider the pelvic tilt2018

    • 著者名/発表者名
      Kyoko Shibata, Yasuhito Tsuyoshi, Yoshio Inoue, Hironobu Satoh and Motomichi Sonobe
    • 学会等名
      1st International Conference on Human Systems Engineering and Design (IHSED2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation of Hip Joint Moment by an Inertial Measurement Unit2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kotani, Kyoko Shibata, Motomichi Sonobe, Yoshio Inoue and Hironobu Satoh
    • 学会等名
      1st International Conference on Human Systems Engineering and Design (IHSED2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Stride Estimation System for Improvement of Walking Efficiency2018

    • 著者名/発表者名
      Gen Miyamoto, Kyoko Shibata, Motomichi Sonobe and Yoshio Inoue
    • 学会等名
      1st International Conference on Human Systems Engineering and Design (IHSED2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Study for Adapting the Monitoring System in Order to Prevent Fall Down from a Bed2018

    • 著者名/発表者名
      Hironobu Satoh and Kyoko Shibata
    • 学会等名
      1st International Conference on Human Systems Engineering and Design (IHSED2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高齢者脊椎疾患における診断と治療2018

    • 著者名/発表者名
      武政龍一
    • 学会等名
      幡多神経カンファレンス
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ロコモの原因「腰曲がり」~その予防と治療について~2018

    • 著者名/発表者名
      武政龍一
    • 学会等名
      第51回中国・四国整形外科学会 市民講座
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 静止姿勢との比較による腰椎椎間板負荷推定法の瞬間的な動作への適用2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木佑,芝田京子,井上喜雄,園部元康
    • 学会等名
      人間工学会中国・四国支部大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 腰痛予防のための歩行時腰椎椎間板負荷推定2018

    • 著者名/発表者名
      西田隼人,芝田京子,井上喜雄,園部元康
    • 学会等名
      平成30年度計測自動制御学会四国支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 慣性センサのみを用いた歩行中の床反力推定2018

    • 著者名/発表者名
      一色淳,芝田京子,園部元康,井上喜雄
    • 学会等名
      LIFE2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨盤傾斜を考慮した腰椎椎間板負荷の推定2018

    • 著者名/発表者名
      芝田 京子, 津吉 康仁, 園部 元康, 井上 喜雄
    • 学会等名
      日本人間工学会第59回大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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