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ベイズモデルベースト・リハビリテーション創成

研究課題

研究課題/領域番号 20H04260
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分61050:知能ロボティクス関連
研究機関東北大学

研究代表者

大脇 大  東北大学, 工学研究科, 准教授 (40551908)

研究分担者 関口 雄介  東北大学, 大学病院, 理学療法士 (60535095)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワード脳卒中 / 歩行 / 個別性 / 階層ベイズモデル / 最適かつ帰結予測 / 歩行診断システム / 深度カメラ / 全身角運動量 / 脳卒中リハビリ / 歩行の個別性 / 歩行データベース / 主成分分析
研究開始時の研究の概要

本研究では,標準的な介入による歩行改善を妨げる最も根源的な要因が「脳卒中患者の歩行の個別性」 にあるとの着想に基づき,歩行の個別性を形成する力学的数理構造を解明することを本研究課題の核心をなす学術的「問い」に据える.この個別性を解明することで,医師,療法士の主観的診断,試行錯誤的介入法模索など,リハビリにおけるアドホック性を解消する.さらに,集中的にリハビリを行う回復期の病棟においても制限される介入時間の時間的制約の中でも最適かつ帰結予測可能なベイズモデルベースト・リハビリを実現する.

研究成果の概要

本研究では,脳卒中片麻痺を呈する51名の患者を対象に,3次元動作解析,床反力計を用いて歩行中の運動学,動力学解析を行った.全身角運動量に対して主成分分析(PCA)を用いることで,2つの主成分だけで全身角運動量の95.3%±3.44を説明できることを解明した.共通性と個別性を抽出する解析により,PC1における第1主成分(PC1-PC1)が患者に共通する成分(健常者の主成分に類似)と,個別性を表現するPC1の第2主成分(PC1-PC2)によって表現できることが確認された.この結果は,階層ベイズモデルによる患者ごとの最適かつ帰結予測可能な介入法を提供するリハビリの実現に繋がる.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の学術的意義は,脳卒中患者の歩行における個別性を解明し,最適なリハビリを実現するための基礎的な知見を提供することである.また,社会的意義としては,脳卒中は日本人の死因第4位,要介護になる要因の第1位であり,その治療やリハビリに関する研究は重要な社会的課題である.本研究では,階層ベイズモデルに基づく歩行診断により患者ごとの最適かつ帰結予測可能な介入法を提供することを目指しており,これにより脳卒中患者の生活の質向上や医療費削減などに繋がると期待される.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (22件) (うち国際共著 6件、 査読あり 21件、 オープンアクセス 14件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件、 招待講演 9件) 備考 (5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Ground Reaction Force and Moment Estimation through EMG Sensing Using Long Short-Term Memory Network during Posture Coordination2023

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Sei-ichi、Hutabarat Yonatan、Owaki Dai、Hayashibe Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Cyborg and Bionic Systems

      巻: 4 ページ: 0016-0016

    • DOI

      10.34133/cbsystems.0016

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] EMG-Based Estimation of Lower Limb Joint Angles and Moments Using Long Short-Term Memory Network2023

    • 著者名/発表者名
      Truong Minh Tat Nhat、Ali Amged Elsheikh Abdelgadir、Owaki Dai、Hayashibe Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 23 号: 6 ページ: 3331-3331

    • DOI

      10.3390/s23063331

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 手応え制御から創発される多様な脚式ロコモーション2023

    • 著者名/発表者名
      大脇大
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 41 号: 3 ページ: 241-246

    • DOI

      10.7210/jrsj.41.241

    • ISSN
      0289-1824, 1884-7145
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Postural adjustment in standing position when catching a ball under unpredictable conditions of the direction to be caught2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Wenyu、Sekiguchi Yusuke、Honda Keita、Izumi Shin-Ichi
    • 雑誌名

      Heliyon

      巻: 9 号: 2 ページ: e13138-e13138

    • DOI

      10.1016/j.heliyon.2023.e13138

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Kinetic Interjoint Coordination in Lower Limbs during Gait in Patients with Hemiparesis2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sekiguchi , Dai Owaki , Keita Honda , Shin-Ichi Izumi
    • 雑誌名

      Biomechanics

      巻: 2 ページ: 466-477

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Prediction of Whole-Body Velocity and Direction From Local Leg Joint Movements in Insect Walking via LSTM Neural Networks2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Yuchen、Hayashibe Mitsuhiro、Owaki Dai
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 7 号: 4 ページ: 9389-9396

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3191850

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multimodal bipedal locomotion generation with passive dynamics via deep reinforcement learning2022

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Koseki , Kyo Kutsuzawa , Dai Owaki , Mitsuhiro Hayashibe
    • 雑誌名

      Frontiers in Neurorobotics

      巻: 16 ページ: 1054239-1054239

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biomechanical Characteristics of Long Stair Climbing in Healthy Young Individuals in a Real-World Study Using a Wearable Motion Analysis System2022

    • 著者名/発表者名
      Yaguchi Haruki、Sekiguchi Yusuke、Honda Keita、Fukushi Kenichiro、Huang Chenhui、Nakahara Kentaro、Zhenzhao Cheng、Izumi Shin-Ichi
    • 雑誌名

      Biomechanics

      巻: 2 号: 4 ページ: 601-612

    • DOI

      10.3390/biomechanics2040047

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Editorial: Biological and Robotic Inter-Limb Coordination2022

    • 著者名/発表者名
      Owaki Dai、Manoonpong Poramate、Ayali Amir
    • 雑誌名

      Frontiers in Robotics and AI

      巻: 9 ページ: 875493-875493

    • DOI

      10.3389/frobt.2022.875493

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Walking Adaptability on an Uneven Surface by a Stepping Pattern on Walking Activity After Stroke2022

    • 著者名/発表者名
      Sekiguchi Yusuke、Honda Keita、Izumi Shin-Ichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Human Neuroscience

      巻: 15 ページ: 1-10

    • DOI

      10.3389/fnhum.2021.762223

    • 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
  • [雑誌論文] A Survey of Sim-to-Real Transfer Techniques Applied to Reinforcement Learning for Bioinspired Robots2021

    • 著者名/発表者名
      Zhu Wei、Guo Xian、Owaki Dai、Kutsuzawa Kyo、Hayashibe Mitsuhiro
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems

      巻: 2021 号: 7 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1109/tnnls.2021.3112718

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Comparative Study of Adaptive Interlimb Coordination Mechanisms for Self-Organized Robot Locomotion2021

    • 著者名/発表者名
      Sun Tao、Xiong Xiaofeng、Dai Zhendong、Owaki Dai、Manoonpong Poramate
    • 雑誌名

      Frontiers in Robotics and AI

      巻: 8 ページ: 638684-638684

    • DOI

      10.3389/frobt.2021.638684

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Adaptive and Energy-efficient Optimal Control in CPGs through Tegotae-based Feedback2021

    • 著者名/発表者名
      R. Zamboni, D. Owaki, M. Hayashibe
    • 雑誌名

      Front. Robot. AI

      巻: 8 ページ: 632804-632804

    • DOI

      10.3389/frobt.2021.632804

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Recent Advances in Quantitative Gait Analysis Using Wearable Sensors: A Review2021

    • 著者名/発表者名
      Hutabarat Yonatan、Owaki Dai、Hayashibe Mitsuhiro
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 21 号: 23 ページ: 26470-26487

    • DOI

      10.1109/jsen.2021.3119658

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Individual deformability compensation of soft hydraulic actuators through iterative learning-based neural network2021

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Taku、Kutsuzawa Kyo、Owaki Dai、Hayashibe Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Bioinspiration & Biomimetics

      巻: 16 号: 5 ページ: 056016-056016

    • DOI

      10.1088/1748-3190/ac1b6f

    • 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
  • [雑誌論文] Spiking Neural Network Discovers Energy-Efficient Hexapod Motion in Deep Reinforcement Learning2021

    • 著者名/発表者名
      Naya Katsumi、Kutsuzawa Kyo、Owaki Dai、Hayashibe Mitsuhiro
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 150345-150354

    • DOI

      10.1109/access.2021.3126311

    • 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
  • [雑誌論文] Classification of Ankle Joint Stiffness during Walking to Determine the Use of Ankle Foot Orthosis after Stroke2021

    • 著者名/発表者名
      Sekiguchi Yusuke、Honda Keita、Owaki Dai、Izumi Shin-Ichi
    • 雑誌名

      Brain Sciences

      巻: 11 号: 11 ページ: 1512-1512

    • DOI

      10.3390/brainsci11111512

    • 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
  • [雑誌論文] Two-Week Rehabilitation with Auditory Biofeedback Prosthesis Reduces Whole Body Angular Momentum Range during Walking in Stroke Patients with Hemiplegia: A Randomized Controlled Trial2021

    • 著者名/発表者名
      Owaki Dai、Sekiguchi Yusuke、Honda Keita、Izumi Shin-Ichi
    • 雑誌名

      Brain Sciences

      巻: 11 号: 11 ページ: 1461-1461

    • DOI

      10.3390/brainsci11111461

    • 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
  • [雑誌論文] Tegotae-Based Control Produces Adaptive Inter- and Intra-Limb Coordination in Bipedal Walking2021

    • 著者名/発表者名
      D. Owaki, S. Horikiri, J. Nishii, A. Ishiguro
    • 雑誌名

      Frontiers in Neurorobotics

      巻: 15 ページ: 629595-629595

    • DOI

      10.3389/fnbot.2021.629595

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 医工学連携を通したロボティクス装具開発2021

    • 著者名/発表者名
      大脇大
    • 雑誌名

      地域ケアリング

      巻: 23 ページ: 48-51

    • NAID

      40022519967

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantitative Gait Assessment with Feature-Rich Diversity Using Two IMU Sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Yonatan Hutabarat, Dai Owaki, Mitsuhiro Hayashibe
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics

      巻: 2 号: 4 ページ: 639-648

    • DOI

      10.1109/tmrb.2020.3021132

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ankle foot orthosis with dorsiflexion resistance using spring-cam mechanism increases knee flexion in the swing phase during walking in stroke patients with hemiplegia2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sekiguchi, Dai Owaki, Keita Honda, Kenichiro Fukushi, Noriyoshi Hiroi, Takeo Nozaki, Shin-ichi Izumi
    • 雑誌名

      Gait & Posture

      巻: 81 ページ: 27-32

    • DOI

      10.1016/j.gaitpost.2020.06.029

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 脳卒中患者のデータ駆動型AI歩行診断システムの開発と展望2022

    • 著者名/発表者名
      大脇大
    • 学会等名
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantifying Motor and Cognitive Function of the Upper Limb Using Mixed Reality Smartglasses2022

    • 著者名/発表者名
      K. Tada
    • 学会等名
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Game-Based Evaluation of Whole-Body Movement Functions with CoM Stability and Motion Smoothness2022

    • 著者名/発表者名
      M. Kojima
    • 学会等名
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Systematic Motion Integration with Multiple Depth Cameras Allowing Sensor Movement for Stable Skeleton Tracking2022

    • 著者名/発表者名
      K. Furuhata
    • 学会等名
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Temporal Variation Quantification During Cognitive Dual-Task Gait Using Two IMU Sensors2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Hutabarat
    • 学会等名
      44th Annual Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳卒中片麻痺患者の歩行リハビリテーション変革2022

    • 著者名/発表者名
      関口 雄介
    • 学会等名
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳卒中片麻痺患者の歩行速度に影響する運動力学的因子の損傷側間の違い2022

    • 著者名/発表者名
      関口 雄介
    • 学会等名
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Robotic and Biological Interlimb Coordination2021

    • 著者名/発表者名
      Dai Owaki
    • 学会等名
      Dynamic Walking 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳卒中片麻痺歩行の運動学的・運動力学的理解に基づく足関節装具の開発2021

    • 著者名/発表者名
      関口 雄介
    • 学会等名
      第51回日本臨床神経生理学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 歩行障害の臨床症状とメカニズム‐運動制御編-2021

    • 著者名/発表者名
      関口 雄介
    • 学会等名
      第19回日本神経理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 片麻痺患者の歩行の運動学的理解に基づくモデルベースト・リハビリテーション2020

    • 著者名/発表者名
      大脇大
    • 学会等名
      日本臨床神経生理学会学術大会 第50回記念大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳卒中患者の歩行の「個別性」を克服するモデルベースト・リハビリテーション2020

    • 著者名/発表者名
      大脇大
    • 学会等名
      生理研研究会2020「幼・小児の成長期における脳機能と運動の発達に関する多領域共同研究」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 関節の硬さから考える片麻痺患者の歩行再建2020

    • 著者名/発表者名
      関口雄介
    • 学会等名
      日本臨床神経生理学会学術大会 第50回記念大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Dai Owaki (personal)

    • URL

      http://oscillex.org/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] Dai Owaki (researchmap)

    • URL

      https://researchmap.jp/embodiment2004/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] Dai Owaki(personal)

    • URL

      http://oscillex.org/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Dai Owaki web site

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Neuro-robotics Lab., Tohoku University

    • URL

      http://neuro.mech.tohoku.ac.jp

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 分析装置、分析方法、分析プログラム、及び、生成装置2021

    • 発明者名
      大脇大,関口雄介,本田啓太,出江紳一
    • 権利者名
      東北大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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