| 研究課題/領域番号 |
19J12205
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分90150:医療福祉工学関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
江口 僚 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
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| キーワード | 動作計測 / 歩行解析 / ウェアラブルセンサ / 統計的機械学習 / 動作追跡 / センサフュージョン / 動作支援 / 人間工学 / 健康・福祉工学 / 人間計測 / 機械学習 / ウェアラブル機器 / センシングデバイス・システム / 計測システム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
変形性膝関節症は膝の痛みを引き起こす完治が困難な運動器疾患であり、その症状は歩行中の関節への衝撃や痛みを庇う代償歩行により悪化する。
そこで本研究では、インソール型足圧センサと装着型動作計測センサを用いて、日常生活中の患者の歩行を三次元生体力学的に解析し、関節への衝撃および代償歩行を定量化する技術を構築する。また、この解析情報を基に、機械学習を用いて膝・足関節に対する複数のアシストを組み合わせ、患者の症状に応じて衝撃の緩和・代償歩行の修正を行う、個人適応型の最適歩行アシストシステムを提案する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、運動器疾患患者の歩行を生体力学的に解析し支援するための、伸縮性ひずみセンサ（以下、伸縮センサ）搭載サポータを用いた関節角度計測システム、および支援効能を臨床現場にて簡便に評価するための、レーザレンジセンサ (LRS) と少数の圧力センサを計装したインソール型足圧センサを融合した両脚追跡システムを構築した。
はじめに、2本の伸縮センサを配置した膝関節サポータを開発し、日常生活での長時間の装着や着脱によるサポータのずれに対する、関節角度の適応的推定手法を構築した。方法として、2本の伸縮センサを上下部に配置したサポータを複数のずれ想定位置に装着し、混合ガウスモデルを用いて、位置毎に異なる2本のひずみ－関節角度の関係を学習した。角度推定時は、2本のひずみの関係を参照して最尤モデル（ずれ位置）を確率的に認識し、期待値を算出した。健常成人を対象とした計測実験を実施し、適応的推定の有効性を確認した。
本システムとこれまでに構築したインソール型足圧センサを用いた床反力推定システムを統合することで、生体力学的解析が実現され、歩行動作の修正支援が可能となる。
次に、LRSと足圧センサの統合システムを用いた両脚位置の追跡において、片脚が対側脚により隠れた際、同ストライド中の両脚の協調特性に基づき、適応的に位置を推定する隠れ補償手法を提案した。方法として、事前に直進歩行と曲率・方向の異なる旋回歩行を計測し、一歩行周期中の各脚の移動軌跡と進行方向の関係を混合ガウスモデルにより学習した。単一のLRSを使用した追跡時は、両脚の協調動作特性に基づき、一歩行周期中の両脚の軌跡の同時確率から最尤モデル（歩行タイプ）を同定し、隠れた脚の進行方向と位置を推定した。健常成人を対象とした歩行計測実験を実施し、隠れ補償により見失いや誤追跡を回避し、誤差60 mm未満の精度で脚位置を計測可能であることを確認した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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