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大腿切断者における角運動量の全身制御メカニズム解明と歩行訓練への応用

研究課題

研究課題/領域番号 20J20572
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分59010:リハビリテーション科学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

久野 元気  東京工業大学, 工学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード片側大腿切断者 / 歩行 / 角運動量 / 転倒 / 義足
研究開始時の研究の概要

日本に約1万人存在する大腿切断者のうち,約半数が年間で1回以上の転倒を経験するという事実は,20年間ほとんど変わっていない.彼らが歩行中に転倒を引き起こす要因のひとつとして,全身動作の不安定性があげられる.通常,ヒトの歩行においては,身体を構成する各体節が互いの角運動量を相殺することで,全身の安定性を保っている.しかし,左右非対称な脚および歩容を有する片側大腿切断者にとって,歩行中に全身の角運動量を調整し,安定性を維持することは非常に困難である.そこで本研究は,全身動作の安定性を定量評価することで,転倒ハイリスク者の早期発見および転倒予防策を講じ,20年来変わらない転倒率の低減を目指す.

研究実績の概要

2022年度は、臨床現場においてデータに基づいた即時介入と効果検証を行う予定であった。しかしながら、新型コロナウイルス感染症の影響により、臨床現場での計測は困難となった。したがって、2021年度までに得られた大腿義足歩行中の角運動量制御機序に関する標準データセットをベースとし、より活動度の低い大腿義足ユーザにおける歩行の動的安定性と介入効果をみることとした。活動度の低い大腿義足ユーザの歩行データセットとして、ユタ大学が公開する大腿義足歩行のパブリックデータを使用した。まずは、活動度K2レベルの大腿義足ユーザ6名のうち、トレッドミル歩行を手すりなしで行った3名と手すりありで行った3名における、荷重パターンの違いを見るため、地面反力変数の比較を行った。その結果、手すりありの大腿義足ユーザは、義足片足支持期における鉛直方向の荷重が有意に小さく、健側と義足における地面反力の対称度が大きいことが分かった。地面反力の発揮パターンが健側義足間で差が少ないほど、ステップ間における地面反力由来の身体重心まわり外部モーメントに差が生じなくなる。角運動量の変化量は、外部モーメントの時間積分値と等しいため、手すりがある場合の方が片側大腿切断者の身体重心まわりの姿勢変動が軽減されることを意味する。したがって本研究の結果から、手すりによる歩行サポートが、大腿切断者の身体重心まわりの角運動量制御に、十分な介入効果をもつことが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 13件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 10件)

  • [国際共同研究] Northwestern University(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] The Hong Kong Polytechnic University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Northwestern University(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] The Hong Kong Polytechnic University(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Ground reaction forces during double limb stances while walking in individuals with unilateral transfemoral amputation2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T, Koh W.P. M, Jor A, Hisano G, Murata H, Ichimura D, Hobara H
    • 雑誌名

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      巻: 10

    • DOI

      10.3389/fbioe.2022.1041060

    • 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] Acquisition of bipedal locomotion in a neuromusculoskeletal model with unilateral transtibial amputation2023

    • 著者名/発表者名
      Ichimura D, Hobara H, Hisano G, Maruyama T, Tada M
    • 雑誌名

      Frontiers in bioengineering and biotechnology

      巻: 11 ページ: 1130353-1130353

    • DOI

      10.3389/fbioe.2023.1130353

    • 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] Sprinting performance of individuals with unilateral transfemoral amputation: compensation strategies for lower limb coordination2023

    • 著者名/発表者名
      Hu M, Kobayashi T, Hisano G, Murata H, Ichimura D, Hobara H
    • 雑誌名

      Royal Society open science

      巻: 10 号: 3 ページ: 221198-221198

    • DOI

      10.1098/rsos.221198

    • 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] Effects of step frequency during running on the magnitude and symmetry of ground reaction forces in individuals with a transfemoral amputation2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T, Koh WPM, Hu M, Murata H, Hisano G, Ichimura D, Hobara H
    • 雑誌名

      Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation

      巻: 19 号: 1 ページ: 33-33

    • DOI

      10.1186/s12984-022-01012-8

    • 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] Biomechanical determinants of top running speeds in para-athletes with unilateral transfemoral amputation2022

    • 著者名/発表者名
      Hobara H, Murata H, Hisano G, Hashizume S, Ichimura D, Cutti AG, Petrone N
    • 雑誌名

      Prosthetics and Orthotics International

      巻: - 号: 3 ページ: 253-257

    • DOI

      10.1097/pxr.0000000000000175

    • 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] Centre of pressure during walking after unilateral transfemoral amputation.2022

    • 著者名/発表者名
      Ichimura D, Hisano G, Murata H, Kobayashi T, Hobara H
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 12 号: 1 ページ: 17501-17501

    • DOI

      10.1038/s41598-022-22254-5

    • 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] Slope walking in unilateral transfemoral prosthesis users: A narrative review.2022

    • 著者名/発表者名
      Hisano G
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Biomechanisms

      巻: 46 ページ: 213-220

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatiotemporal gait patterns in individuals with unilateral transfemoral amputation: A hierarchical cluster analysis.2022

    • 著者名/発表者名
      Ichimura D, Amma R, Hisano G, Murata H, Hobara H
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 17 号: 12 ページ: e0279593-e0279593

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0279593

    • 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] Effects of walking speed and prosthetic knee control type on external mechanical work in transfemoral prosthesis users2022

    • 著者名/発表者名
      Pinhey Shay R.、Murata Hiroto、Hisano Genki、Ichimura Daisuke、Hobara Hiroaki、Major Matthew J.
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 134 ページ: 110984-110984

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2022.110984

    • 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] Effects of walking speed on magnitude and symmetry of ground reaction forces in individuals with transfemoral prosthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Toshiki、Hu Mingyu、Amma Ryo、Hisano Genki、Murata Hiroto、Ichimura Daisuke、Hobara Hiroaki
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 130 ページ: 110845-110845

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2021.110845

    • 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] Unilateral above-knee amputees achieve symmetric mediolateral ground reaction impulse in walking using an asymmetric gait strategy2021

    • 著者名/発表者名
      Hisano G, Hashizume S, Kobayashi T, Major MJ, Nakashima M and Hobara H
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 115 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2020.110201

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Inter-limb weight transfer strategy during walking after unilateral transfemoral amputation2021

    • 著者名/発表者名
      Amma R, Hisano G, Murata H, Major MJ, Takemura H, Hobara H
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 4793-4793

    • DOI

      10.1038/s41598-021-84357-9

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of step frequency on leg stiffness during running in unilateral transfemoral amputees2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Hobara, Hiroyuki Sakata, Yuta Namiki, Genki Hisano, Satoru Hashizume, Fumio Usui
    • 雑誌名

      Scientific reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 5965-5965

    • DOI

      10.1038/s41598-020-62964-2

    • 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] Loading rates in unilateral transfemoral amputees with running-specific prostheses across a range of speeds2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Hobara, Hiroyuki Sakata, Ryo Amma, Genki Hisano, Satoru Hashizume, Brian S Baum, Fumio Usui
    • 雑誌名

      Clinical Biomechanics

      巻: 75 ページ: 104999-104999

    • DOI

      10.1016/j.clinbiomech.2020.104999

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Walking characteristics of runners with a transfemoral or knee-disarticulation prosthesis2020

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Kobayashi, Genki Hisano, Yuta Namiki, Satoru Hashizume, Hiroaki Hobara
    • 雑誌名

      Clinical Biomechanics

      巻: 80 ページ: 105132-105132

    • DOI

      10.1016/j.clinbiomech.2020.105132

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Anterior-posterior ground reaction forces across a range of running speeds in unilateral transfemoral amputees2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Sakata, Satoru Hashizume, Ryo Amma, Genki Hisano, Hiroto Murata, Hiroshi Takemura, Fumio Usui, Hiroaki Hobara
    • 雑誌名

      Sports Biomechanics

      巻: in press 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1080/14763141.2020.1822434

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of handrail use on ground reaction forces during walking in unilateral transfemoral prosthesis users2022

    • 著者名/発表者名
      Hisano G, Ichimura D, Murata H, Nakashima M, Hobara H
    • 学会等名
      World Congress of Biomechanics (WCB 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Asymmetric center of pressure during walking after unilateral transfemoral amputation2022

    • 著者名/発表者名
      Ichimura D, Hisano G, Murata H, Hobara H
    • 学会等名
      World Congress of Biomechanics (WCB 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neuro-musculoskeletal model for bipedal locomotion with a lower limb amputation2022

    • 著者名/発表者名
      Ichimura D, Hisano G, Murata H, Hobara H
    • 学会等名
      International Conference on Slips, Trips and Falls (STF 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Whole-body sagittal plane angular momentum during running in unilateral transfemoral amputees2021

    • 著者名/発表者名
      Hisano G, Murata H, Ichimura D, Nakashima M and Hobara H
    • 学会等名
      International Society of Biomechanics 2021 (ISB2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Whole-body angular momentum during walking in persons with unilateral transfemoral amputation2020

    • 著者名/発表者名
      Hisano G, Amma R, Major MJ, Nakashima M and Hobara H
    • 学会等名
      American Society of Biomechanics (ASB)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] External mechanical work during running after unilateral transfemoral amputation2020

    • 著者名/発表者名
      Murata H, Hisano G, Amma R, Baum BS, Takemura H and Hobara H
    • 学会等名
      American Society of Biomechanics (ASB)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Whole-body sagittal plane angular momentum during walking in unilateral transfemoral amputees2020

    • 著者名/発表者名
      Hisano G, Amma R, Usui F, Nakashima M and Hobara H
    • 学会等名
      International Society of Electrophysiology and Kinesiology (ISEK)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Per-step and cumulative loading rate in unilateral transfemoral amputees at various walking speeds2020

    • 著者名/発表者名
      Amma R, Hisano G, Sakata H, Usui F, Takemura H and Hobara H
    • 学会等名
      International Society of Electrophysiology and Kinesiology (ISEK)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Elastic bounce of the body in unilateral transfemoral amputees with running-specific prosthesis2020

    • 著者名/発表者名
      Murata H, Hisano G, Amma R, Takemura H and Hobara H
    • 学会等名
      International Society of Electrophysiology and Kinesiology (ISEK)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] THE REBOUND OF THE BODY USING RUNNING-SPECIFIC PROSTHESIS IN UNILATERAL TRANSFEMORAL AMPUTEES2020

    • 著者名/発表者名
      Murata H, Hisano G, Amma R, Takemura H and Hobara H
    • 学会等名
      International Society of Biomechanics in Sports (ISBS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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