FESによる麻痺肢制御のための生体情報の検出・処理法

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450167
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 星宮 望 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中谷 裕教 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30333868) ; 渡邉 高志 東北大学, 情報シナジーセンター, 助教授 (90250696) ; 二見 亮弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20156938) ; 半田 康延 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (00111790) ; 加納 慎一郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00282103)
• Keywords: 機能的電気刺激(FES) / マン・マシンインターフェース / 生体信号 / 神経インパルス / 脳波

Research Abstract

使用者の残存機能を制限することのない福祉機器の随意的制御を可能にするために、ヒトから計測される生体信号の検出・弁別手法の開発を行うことを目的として研究を行った。
(1)神経束から計測される神経インパルス列の弁別処理法の確立
神経束の外側に記録電極を配置するカフ電極を用いて神経活動の計測を行うことを念頭におき、S/N(信号対雑音比)の低い神経活動の計測信号から神経活動電位の検出を行う方法について検討した。具体的には多重解像度解析の手法を用いて雑音成分を計測データから取り除くことで神経活動電位の検出を試みた。計測した時系列データを4階のスプライン関数との内積演算により時間-スケール領域に展開し、神経活動電位の記録波形についての情報を有していると思われる展開係数を推定した。この推定展開係数の推定は一般的なde-noising法とは異なり、各スケールごとに発火時刻と記録波形推定用の2種類のパラメータを設定し、初めに発火時刻についての展開係数を探し、次にその展開係数の周辺で記録波形の情報を有しているものを選んだ。その後、波形情報を有している展開係数のみを用いて時系列データを再構成することで雑音成分の除去を行った。その結果、目視では神経活動電位の確認が困難な計測データからも検出を行うことが可能であり、de-noising法を適用した場合よりも記録波形の歪みは少ないことを確認した。
(2)ユーザによる脳波成分の随意的制御法の開発
ユーザの頭部表皮上に設置した電極から誘導した脳波時間-周波数領域の成分からユーザの随意的制御命令を検出するための予備実験を行った。ヒトの健常被験者の脳波の各周波数成分(β波、μ波)の活動が、手の動作イメージの際に観測される場合があった。今後はさらに実験を行い誘導位置などの詳細な検討を行うことに加えて、再現性を向上させるために被験者に行うトレーニング方法を確立する必要がある。

Research Products

• [Publications] Hironori Nakatani: "Detection of Nerve Action Potentials Under Low Signal-To-Noise Ratio Condition"IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 48・8. 845-849 (2001)
• [Publications] 大庭 茂男: "機能的電気刺激用体内埋め込み電極の機械的・電気的特性と臨床評価"医用電子と生体工学. 39・2. 118-124 (2001)