1998 年度実績報告書

FESによる四肢動作再建のシミュレーションシステムに関する研究開発

研究課題

研究課題/領域番号	10558128
研究種目	基盤研究(B)
研究機関	東北大学
研究代表者	星宮望東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005394)
研究分担者	半田康延東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (00111790) 加納慎一郎東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00282103) 渡邊高志東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90250696) 二見亮弘東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20156938)
キーワード	機能的電気刺激 / FES / 運動機能再建 / 筋・骨格モデル / 刺激パターン / 動的最適化 / マン・マシン・インターフェイス / 筋疲労
研究概要	1.対麻痺者の起立動作再建を想定し、臨床での実用性を考慮して、簡略化した筋・腱系、3リンクの骨格系のモデルを計算機上に構築し、起立動作の計算機シミュレーションを可能にした。また、筋・骨格系の非線形特性や骨格構造上の特性を考慮したモデルの実現を目指して、肘関節の屈曲・伸展動作のための筋・骨格モデルを検討し、試行錯誤的手法をともなっているが、モデルによる予測と実験結果とが比較的良い一致を示すようにモデルパラメータを調整することに成功した。さらに、膝関節について、非線形特性を考慮したモデルのパラメータ同定手法の基本的指針を検討した。 2.上記の対麻痺者の起立動作再建用の簡略化した筋・骨格モデルに動的最適化手法を組み合わせて起立動作の刺激パターンを自動生成し、健常者の起立時の動作筋電図と比較検討した。その結果から、ここでの簡略化した筋・骨格モデルと動的最適化手法が、標準刺激パターンを生成する方法として有効であることを確認した。 3.システムの操作を障害者自身が行えるように、複雑な命令を入力可能なインターフェイスを検討した。システム操作の命令としては、パラメータ設定やリアルタイムの位置制御に利用可能なアナログ入力、システムに何らかの命令を与えるコマンド入力が必要であり、コマンド入力には、コマンドの選択と確定といった2つの操作が必要になる。ここでは、アナログ入力やコマンド選択に対して、残存する随意動作を利用し身体部位の位置や軌跡を直接的に計測して利用すること、そして、コマンド確定に対しては、ニューラルネットにより何らかの特徴的な動作を認識することによって実現することを考え、3次元位置測定装置を用いて、動作の計測とニューラルネットによる特徴的な動作の認識を行い、十分利用可能であることを確認した。4.筋疲労をモデルに含めるために、電気刺激中の筋疲労計測法について検討を行い、誘発筋電図(M波)や近赤外光による筋疲労検出の可能性を示唆した。

研究成果

(11件)

すべてその他

すべて文献書誌 (11件)

[文献書誌] 嚴光文、他: "簡略化した筋・骨格モデルに基づいた動的最適化によるFES起立の刺激データ作成" 医用電子と生体工学. 36・特別号. 587 (1998)
[文献書誌] G.Eom,et al.: "Conputer Simulation Study for Open-Loop FES Control of Paralyzed Extremities" The 3rd Polish-Japan Seminer on Biomedical Engineering,Abstracts. 51-52 (1998)
[文献書誌] T.Watanabe et al.: "A Possibility of Using M-waves Evoked by Double Pulses for Evaluating Muscle Fatigua on FIES Control" Proc.3rd Annual Conference of Intrenational FES Society. 259 (1998)
[文献書誌] T.Watanabe,et al.: "A Basic Study on Evaluating Muscle Fatigua during FES:Possibility of Using M-waves Evoked by Dauble Pulses" 8th Korea-Japan FES Symposium. 6-7 (1998)
[文献書誌] T.Watanabe,et al.: "Experimental Tests of a Muscaleskektal Model of the Elbow Joint for FES Applications" Proc.20th Ann.Int.Conf.IEEE Eng.in Med.and Biol.Soc.2594-2597 (1998)
[文献書誌] 上村龍文,他: "電気刺激中の筋疲労推定に関する検討-近赤外光による局所酸素代謝計測-" 第7回日本FES研究会・学術講演会予稿集. 26-27 (1998)
[文献書誌] 古瀬則夫,他: "運動機能麻痺者のための残存運動機能を用いた制御命令入力システム" 医用電子と生体工学. 37・2(印刷中). (1999)
[文献書誌] T.Watanabe,et al.: "An Approach to a Muscle Model with a Stimulus Frequency-Force Relationship for FES Applications" IEEE Trans.Rehad.Eng.7・1(in press). (1999)
[文献書誌] 嚴光文,他: "Identification of a Muscaloskeletnl Model of the kier Joint with the Vastar Lateralis for On in FES" 医用電子と生体工学. 37・特別号(印刷中). (1999)
[文献書誌] 古瀬則夫,他: "運動機能麻痺者の残存運動機能を用いた制御命令入力システムの検討" 医用電子と生体工学. 37・特別号(印刷中). (1999)
[文献書誌] 上村龍文,他: "電気刺激中の筋疲労推定に関する検討-近赤外光による局所酸素代謝とM波の同時計測-" 医用電子と生体工学. 37・特別号(印刷中). (1999)

1998 年度 実績報告書

FESによる四肢動作再建のシミュレーションシステムに関する研究開発

研究代表者

星宮 望 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005394)

研究成果

[文献書誌] 嚴 光文、他: "簡略化した筋・骨格モデルに基づいた動的最適化によるFES起立の刺激データ作成" 医用電子と生体工学. 36・特別号. 587 (1998)

[文献書誌] G.Eom,et al.: "Conputer Simulation Study for Open-Loop FES Control of Paralyzed Extremities" The 3rd Polish-Japan Seminer on Biomedical Engineering,Abstracts. 51-52 (1998)

[文献書誌] T.Watanabe et al.: "A Possibility of Using M-waves Evoked by Double Pulses for Evaluating Muscle Fatigua on FIES Control" Proc.3rd Annual Conference of Intrenational FES Society. 259 (1998)

[文献書誌] T.Watanabe,et al.: "A Basic Study on Evaluating Muscle Fatigua during FES:Possibility of Using M-waves Evoked by Dauble Pulses" 8th Korea-Japan FES Symposium. 6-7 (1998)

[文献書誌] T.Watanabe,et al.: "Experimental Tests of a Muscaleskektal Model of the Elbow Joint for FES Applications" Proc.20th Ann.Int.Conf.IEEE Eng.in Med.and Biol.Soc.2594-2597 (1998)

[文献書誌] 上村龍文,他: "電気刺激中の筋疲労推定に関する検討-近赤外光による局所酸素代謝計測-" 第7回日本FES研究会・学術講演会予稿集. 26-27 (1998)

[文献書誌] 古瀬則夫,他: "運動機能麻痺者のための残存運動機能を用いた制御命令入力システム" 医用電子と生体工学. 37・2(印刷中). (1999)

[文献書誌] T.Watanabe,et al.: "An Approach to a Muscle Model with a Stimulus Frequency-Force Relationship for FES Applications" IEEE Trans.Rehad.Eng.7・1(in press). (1999)

[文献書誌] 嚴 光文,他: "Identification of a Muscaloskeletnl Model of the kier Joint with the Vastar Lateralis for On in FES" 医用電子と生体工学. 37・特別号(印刷中). (1999)

[文献書誌] 古瀬則夫,他: "運動機能麻痺者の残存運動機能を用いた制御命令入力システムの検討" 医用電子と生体工学. 37・特別号(印刷中). (1999)

[文献書誌] 上村龍文,他: "電気刺激中の筋疲労推定に関する検討-近赤外光による局所酸素代謝とM波の同時計測-" 医用電子と生体工学. 37・特別号(印刷中). (1999)

1998 年度実績報告書

星宮望東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005394)

[文献書誌] 嚴光文、他: "簡略化した筋・骨格モデルに基づいた動的最適化によるFES起立の刺激データ作成" 医用電子と生体工学. 36・特別号. 587 (1998)

[文献書誌] 嚴光文,他: "Identification of a Muscaloskeletnl Model of the kier Joint with the Vastar Lateralis for On in FES" 医用電子と生体工学. 37・特別号(印刷中). (1999)