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2019 年度 実施状況報告書

ニューロリハビリテーションを目的とした上肢運動支援システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K11349
研究機関琉球大学

研究代表者

比嘉 広樹  琉球大学, 工学部, 教授 (60295300)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード食事支援 / 筋電信号 / 機械学習
研究実績の概要

神経筋疾患患者らの生活の質(Quality of Life: 以下、QOLと省略する)の向上を図ることを目的として、本研究では、生体信号(筋電信号と脳波)を活用してニューロリハビリテーションを行うための上肢運動支援システムの検討を行っている。2019年(初年)度には、以下の成果が得られた。
1. 筋電信号の増幅や前処理を行うための2チャンネル筋電コントローラを作成し、前腕部から導出した筋電信号をコンピュータに入力して、取得した筋電信号に対する疲労軽減の検討を行った。具体的には、サポートベクターマシン(SVM)、Label Spreading、LSTM(長・短期記憶)を用いた判別器を作成し、トレーニングデータにより各判別器を学習後、テストデータを入力した際の判別結果を比較した。実験の結果、3つの判別器の中でLSTM判別器を使用した場合に最も高い判別率(98.9%)が得られた。
2. 仮想空間(ゲームエンジンにはUnityを使用)の環境内に、手作業の器用さを評価する指標の一つであるボックス&ブロックテストを作成し、virtual hand を導入して上述の2チャンネル筋電コントローラにより操作が行えるように設定した。健常被験者1名の筋電信号を用いてvirtual hand を操作した評価結果より、複数のブロックを適切に移動可能であることが明らかになった。
3. Unityを用いて、食事や水分摂取のためのリハビリテーション用仮想空間を作成した。ヒト上肢の代替として7自由度のロボットアームを設置し、コントローラを用いて健常被験者1名による操作実験を行った。実験結果より、仮想空間内のロボットアームを操作して卓上に置かれたコップやスプーンを把持し、仮想ユーザの口元までそれらを適切に移動できることが確かめられた。

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

健常被験者1名の前腕部より取得した2チャンネルの筋電信号が3種類の判別器のそれぞれにおいて適切に学習できたことにより、virtual hand の操作が可能になった。またヒト上肢の代替として、7自由度のロボットアームも仮想空間内に構築できている。

今後の研究の推進方策

今後、被験者を増やした場合の筋電コントローラの操作性の評価を行う。また仮想空間内の麻痺上肢を模したロボットアームを用いて、リハビリテーションを行うための検討を進める。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019

すべて 学会発表 (6件)

  • [学会発表] ロボットアームを用いた食事動作の基礎的実験2019

    • 著者名/発表者名
      具志翔太朗、比嘉広樹
    • 学会等名
      第58回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] 食事支援シミュレータの検討2019

    • 著者名/発表者名
      島袋雄一、比嘉広樹
    • 学会等名
      第58回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] 事象関連電位を指標とした脳波判別2019

    • 著者名/発表者名
      又吉 淳二、比嘉 広樹
    • 学会等名
      第58回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] ロボットアームによる食事支援の検討2019

    • 著者名/発表者名
      具志翔太朗、比嘉広樹
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
  • [学会発表] 食事支援ロボットアームのシミュレータに関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      島袋雄一、具志翔太朗、比嘉広樹
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
  • [学会発表] 機械学習を用いた筋電入力インタフェース2019

    • 著者名/発表者名
      高橋新叶、比嘉広樹
    • 学会等名
      電気学会九州支部沖縄支所講演会

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公開日: 2021-01-27  

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