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2015 年度 実績報告書

膝関節力学モデルを用いた膝疾患悪化メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 15J07655
研究機関東京大学

研究代表者

石川 雄己  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
キーワード変形性膝関節症 / 平面法則 / 歩行解析
研究実績の概要

初年度の今年度は,主に膝OA患者の実計測を行い,その解析を行った.実計測はボランティアを募集し,歩容を計測した.結果をElevation angleを用いて解析し,歩容の特徴抽出を行った.以下に研究成果の詳細を示す.Elevation Angleを用いて近似平面を導いた.その過程で主成分分析を利用した.近似平面でどの程度説明できるか確認するため,健常者(若年・高齢)と患者の累積寄与率を算出した.近似平面の法線ベクトル角度差を利用して,健常者との違いを抽出できるか検討した.手法の正確さを検討するために交差検定を行った.正答率,適合率,再現率とF値の平均と標準偏差を算出した.さらにROC曲線とAUCを用いて,手法の判別精度を確認した.実計測は光学式モーションキャプチャカメラを用いて計測した.累積寄与率の結果から,平面法則が患者でも成り立つことが分かった.高齢健常者と比較して,患者のほうの法線ベクトルが若年健常者代表平面から外れていることが分かった.平面法則を利用して疾患の判別を行えることが分かった.従来手法と比較して判別の正答率,適合率,再現率が上がった.平面法則が成り立つ理由は,歩行動作を生成すること自体はできていたからと考えられる.機構学的に拘束条件が成り立つ場合には,法則が成り立つ可能性が高い.平面法則のほうが従来手法よりも正答率があがった理由は,変形性膝関節症患者の代償動作を含めた指標を作れたからと考えられる.提案手法において,AUCが0.7を超えていることから,ある程度妥当な指標を探せたことを示している.歩容が健常者と異なっているにも関わらず,平面法則が変形性膝関節症患者においても成り立つことが分かった.さらに,近似平面の法線ベクトルを用いて,疾患の判別を行える可能性が示された.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

変形性膝関節症の悪化メカニズムを解明するために,膝関節力学モデルの作成と実際の患者の動作計測を行えた.特に今年度は実際の患者の動作計測を行い,解析を行った点が成果として大きい点である.Elevation Angleを用いた手法はチャレンジングな手法であり,特徴抽出に関して今後の様々な展開が可能であると予想している.従来手法との比較も行えており,本手法の長所と短所を詳細に分析できた.これらの研究成果に関して論文投稿も行えた.

今後の研究の推進方策

今後は今年度末に購入したジャイロセンサを用いて,簡易にElevation Angleをどの程度の精度で計測できるかを調べる.その後,交差検定などの手法を用いて,臨床現場でも利用できるためにはどのような情報を組み合わせることが必要かどうかを検討する.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] アシストロボットを用いたリハビリテーション技能学習のための片麻痺患者歩行解析2016

    • 著者名/発表者名
      石川 雄己, 安 琪, 温 文, 石黒 周, 大畑 光司, 山川 博司, 田村 雄介, 山下 淳, 淺間 一
    • 学会等名
      サービス学会第4回国内大会
    • 発表場所
      兵庫県神戸市 神戸大学 百年記念館(神大会館)
    • 年月日
      2016-03-28 – 2016-03-29
  • [学会発表] 筋シナジーの時間パターンがヒト起立動作に与える影響の神経筋骨格モデルを用いた解明2015

    • 著者名/発表者名
      安 琪, 石川 雄己, 青井 伸也, 舩戸 徹郎, 岡 敬之, 山川 博司, 山下 淳, 淺間 一
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2015(SSI2015)
    • 発表場所
      北海道函館市 函館アリーナ
    • 年月日
      2015-11-18 – 2015-11-20
  • [学会発表] Analysis of Muscle Synergy Contribution on Human Standing-up Motion Using Human Neuro-Musculoskeletal Model2015

    • 著者名/発表者名
      Qi An, Yuki Ishikawa, Shinya Aoi, Tetsuro Funato, Hiroyuki Oka, Hiroshi Yamakawa, Atsushi Yamashita and Hajime Asama
    • 学会等名
      the 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA2015)
    • 発表場所
      Seattle, U.S.A.
    • 年月日
      2015-05-26 – 2015-05-30
    • 国際学会
  • [学会発表] シートを使ったベッド上介助動作における技能教示サービスシステムの提案2015

    • 著者名/発表者名
      中川 純希, An Qi, 石川 雄己, 柳井 香史朗, 保田 淳子, 温 文, 山川 博司, 山下 淳, 淺間 一
    • 学会等名
      サービス学会第3回国内大会
    • 発表場所
      石川県金沢市 金沢歌劇座
    • 年月日
      2015-04-08 – 2015-04-09

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公開日: 2016-12-27  

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