片麻痺患者への理学療法士の介入の解明とリハビリテーションシステムへの応用

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01405
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 安 ち 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (70747873)
• 研究分担者: 下田 真吾 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, ユニットリーダー (20415186) ; 淺間 一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50184156) ; 宮井 一郎 社会医療法人大道会(神経リハビリテーション研究部), 神経リハビリテーション研究部, 部長 (60510477)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 筋シナジー / 起立動作 / 片麻痺患者 / リハビリテーション

研究実績の概要

本年度は昨年度に引き続き片麻痺患者における筋シナジー構造の変化の調査とリハビリテーションシステムの改良を行ってきた。
●　筋シナジー構造の調査に関して、今までの研究では筋シナジーの活動タイミングに変化が生じていることが分かっているが、その振幅には注目されていなかった。それに対して本研究では関節トルクの値に基づく筋活動の正規化手法を開発した。ここでは4自由度の筋骨格モデルから逆動力学計算によって算出される関節トルクと実際の計測で得られた筋活動のデータを用いた順動力学計算によって求まる関節トルクの差が最小になるように最適化計算によって各筋活動の振幅を求めた。これによって計測する日が異なる筋シナジーの活動を比較できるようになった。この手法は高く評価され国際会議にて発表されBest Paper Awardが授与された。
●　リハビリテーションシステムの開発において、理学療法士の技能を再現するための改良を行った。具体的には起立動作中の座面の圧中心と理学療法士の指先の力の関係性を線形回帰モデルによって導出した。この線形回帰モデルからシステムの使用者の座圧中心から目標とする刺激力が算出される。リハビリテーションシステムでは今年度はさらに臀部を刺激する部分に新たに力センサを実装することで、動作中にシステムが理学療法士が患者を押す際の力と同じ力で使用者を支援できるようにした。これらの組み合わせから離殿のタイミングを同定し、運動に合わせた刺激力を実現した。

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。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of muscle synergy and kinematics in sit-to-stand motion of hemiplegic patients in subacute period (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kogami, Qi An, Ningjia Yang, Ruoxi Wang, Kazunori Yoshida, Hiroyuki Hamada, Hiroshi Yamakawa, Yusuke Tamura, Shingo Shimoda, Hiroshi Yamasaki, Moeka Sonoo, Fady Alnajjar, Noriaki Hattori, Koji Takahashi, Takanori Fujii, Hironori Otomune, Ichiro Miyai, Atsushi Yamashita, and Hajime Asama
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: ---- ページ: ---
  • 査読あり
• [雑誌論文] Artificial Neural Network that Modifies Muscle Activity in Sit-to-Stand Motion Using Sensory Input (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Yoshida, Qi An, Hiroyuki Hamada, Hiroshi Yamakawa, Yusuke Tamura, Atsushi Yamashita, Hajime Asama
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: ---- ページ: ---
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temporal Muscle Synergy Features Estimate Effects of Short-Term Rehabilitation in Sit-to-Stand of Post-Stroke Patients (2020)
  • 著者名/発表者名: Yang Ningjia、An Qi、Kogami Hiroki、Yoshida Kazunori、Yamakawa Hiroshi、Tamura Yusuke、Shimoda Shingo、Yamasaki Hiroshi、Sonoo Moeka、Itkonen Matti、Shibata-Alnajjar Fady、Hattori Noriaki、Kinomoto Makoto、Takahashi Kouji、Fujii Takanori、Otomune Hironori、Miyai Ichiro、Yamashita Atsushi、Asama Hajime
  • 雑誌名: IEEE Robotics and Automation Letters 巻: 5 ページ: 1796～1802
  • DOI: 10.1109/LRA.2020.2969942
  • 査読あり
• [学会発表] Muscle Tension Analysis in Stroke Patient Sit-to-Stand Motion by Joint Torque-Based Normalization (2020)
  • 著者名/発表者名: Ruoxi Wang
  • 学会等名: 5th International Conference on NeuroRehabilitation (ICNR2020)
  • 国際学会
• [学会発表] リハビリテーションにおける片麻痺患者の起立動作の改善課程の解明～滑らかさと安定性による評価～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 湖上碩樹
  • 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2020