非能動型新規上肢リハビリ訓練ロボット及びその各種リハビリ手法との融合に関する研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24300205
• 研究機関: 福井工業大学
• 研究代表者: 古荘 純次 福井工業大学, 工学部, 教授 (70107134)
• 研究分担者: 山西 輝也 福井工業大学, 工学部, 教授 (50298387) ; 西尾 浩一 福井工業大学, 工学部, 准教授 (30550561) ; 蜂須賀 研二 産業医科大学, 医学部, 教授 (00129602) ; 和田 太 産業医科大学, 医学部, 准教授 (10341512) ; 小林 康孝 福井医療短期大学, その他部局等, その他 (80424448) ; 石田 圭二 福井医療短期大学, その他部局等, 教授 (20446157) ; 熊谷 のぞみ 福井医療短期大学, その他部局等, 助教 (00620907) ; 阿部 浩也 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (50346136) ; 川谷 亮治 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30169734) ; 西村 治彦 兵庫県立大学, その他の研究科, 教授 (40218201) ; 原田 孝 近畿大学, 理工学部, 教授 (80434851) ; 原口 真 福井工業大学, 工学部, 講師 (80467547) ; 川平 和美 鹿児島大学, 医歯(薬)学総合研究科, 研究員 (20117493) ; 小田 邦彦 大阪電気通信大学, 公私立大学の部局等, 教授 (10440950) ; 早川 潔 大阪府立大学工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20325575)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: リハビリテーション / メカトロニクス / バーチャルリアリティ

研究概要

水平・垂直ディスプレイを用いた上肢リハビリ支援システムの計算機システム部の構築を行った。臨床評価を控え、基本制御ソフトウエア、画像表示ソフトウエア、リハビリソフトウエア等の見直し及びリファクタリングを行った。データ入出力用のワンチップマイコンと制御用PCの間のデータ交換の時間遅れがあると、力覚提示性能における劣化がある。この問題に対応するための基礎的検討を行った。
リハ装置は人間と常に接触して働くため、力覚の提示に本質安全性を有するブレーキを用いた。力覚の提示にブレーキを用いた平行リンク機構を用いた力覚提示システムにおいては、把持部の運動方向の逆方向の抵抗力が提示できない姿勢が存在するという問題がある。そこで、全ての姿勢に対して常に把持部の運動方向の逆方向の抵抗力が提示可能な機構について検討を行い、上肢リハシステムの機構等の一部を修正、及びソフトウエアの追加を行った。
筋電をトリガーとしたパワーアシストの電気刺激が行われており、そのニューロリハ的効果が期待されている。電気刺激装置をパワーアシストモードで用いて、各種予備実験を行った。筋電をトリガーとしたパワーアシストの電気刺激と上肢リハビリ支援装置との併用本格臨床評価試験に備えて、予備的実験を行った。また、電気刺激法と上肢リハシステムの併用に関する比較対象試験についての予備的検討を行った。
左右の脳が抑制し合う「半球間抑制」という神経現象がある。この半球間抑制を抑えるため、経頭蓋反復磁気刺激により障害大脳半球や健側大脳半球の興奮水準を調整後にリハビリを行うと、上肢機能の改善がなされるという報告がある。福井医療短期大学（福井総合病院と併設）では、障害大脳半球や健側大脳半球の興奮水準を調整後に、リハビリを行う臨床評価の準備を行った。

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

ナノ粒子ＭＲ流体ブレーキの研究開発は終了し、上肢リハビリ支援システムへの組み込みを行い、性能の確認を行った。
通常の垂直ディスプレイのみを用いる場合のリハビリソフトウエアの整備が終了した。また、本格的臨床評価に先立つ機構の修正等もほぼ終了した。
水平・垂直ディスプレイを用いた上肢リハビリ支援システムの計算機システム部の構築が終了し、水平・垂直ディスプレイを用いたリハビリ支援システムのソフトウエアを除く部分の構築が終了した。また、水平・垂直ディスプレイを用いたリハビリ支援システムのリハビリソフトウエアの主要部分の開発を行った。
障害大脳半球や健側大脳半球の興奮水準を調整後に、上肢リハビリ支援システムを用いてリハビリを行う臨床評価の準備を行い、臨床評価の予備実験まで行った。電気刺激等と上肢リハビリ支援システムを併用するための予備実験を行った。

今後の研究の推進方策

研究開発中の上肢リハビリ支援システムを、本格的臨床評価に耐えるように完成度を上げる。福井総合病院（福井医療短期大学と併設）、産業医科大学付属病院、近畿大学医学部付属病院における臨床評価を進める。さらに、臨床評価の結果に基づき、ソフトウエア及びハードウエアの改善を行っていく。リハ医、理学療法士、作業療法士から高い評価を得ているリハビリ手法を提案している鹿児島大学医学部名誉教授の助言も得て研究を推進する。

次年度の研究費の使用計画

設計及び納品時期の遅れ等により、機構の改造・追加の一部が、年度内に行うことができなかった。また、入出力を担当するワンチップマイコンと制御用PC間のデータ交信用の電気・電子回路の一部変更が、回路設計・納品時期の遅れ等により年度内に行うことができなかった。これらのための経費を次年度に繰り越すことにした。
平成２５年度にできなかった機構の一部改造・追加、及び電気電子回路の一部変更に、平成２５年度から平成２６年度に繰り越した経費をあてる。

研究成果

• [学会発表] 上肢リハビリ支援ロボットPLEMO、EMUL、セラフィの研究開発、及び世界的研究開発動向 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古荘純次
  • 学会等名: 第14回 計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会 SI2013
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 20131218-20131220
  • 招待講演
• [学会発表] Passive-Type Rehabilitation Systems for Upper Limbs with MR Fluid Brake and Its Training Software (2013)
  • 著者名/発表者名: Makoto Haraguchi
  • 学会等名: IEEE EMBC 2013 (The 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society)
  • 発表場所: Osaka International Convention Center
  • 年月日: 20130703-20130707
• [学会発表] Passive-type Rehabilitation System for Upper Limbs Which Can Display the Exact Resistance Force in the Orientation Opposite to Hand Motion (2013)
  • 著者名/発表者名: Makoto Haraguchi
  • 学会等名: ICORR 2013 (the 13th International Conference on Rehabilitation Robotics)
  • 発表場所: University of Washington in Seattle
  • 年月日: 20130624-20130626
• [学会発表] 脳卒中患者に対する上肢機能訓練用医療機器の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古荘純次
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 20130523-20130524
• [学会発表] 水平・垂直ディスプレイを用いた上肢リハビリ支援システム (2013)
  • 著者名/発表者名: 古荘純次
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 20130523-20130524
• [図書] ヒトの運動機能と移動のための次世代技術開発 第６章 上肢機能支援ロボット 第１節 開発状況 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古荘純次、原口真、石田圭二
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [図書] ヒトの運動機能と移動のための次世代技術開発 第６章 上肢機能支援ロボット 第2節 使用状況 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古荘純次、石田圭二、原口真
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [備考] 福井工業大学ホームページ研究業績情報 古荘純次
  • URL: http://futredb.fukui-ut.ac.jp/html/100000063_ja.html