2016 Fiscal Year Annual Research Report
Application of robotic wear curara for intractable neurodegenerative diseases
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15H03031
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
吉田 邦広 信州大学, 医学部, 特任教授 (90242693)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 昭則 信州大学, 医学部, 特任教授 (10303471)
橋本 稔 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60156297)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 医用ロボット / 神経難病 / 脳卒中 / リハビリテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在までに神経難病患者23名、脳卒中患者（片麻痺患者）34名に対して、ロボティック・ウエアcuraraの実装実験を行った。これはどのような制御（アシスト）条件が歩行・歩容を改善するか、を探索することを目的とした予備実験である。curaraの可変パラメータ（制御条件）は①同調性ゲイン、②歩行周期、③振幅（関節角度幅）の3つが主なものであるが、時間的制約や患者負担を考えると同一患者で数多くの制御条件を試すことはできない。実際には種々の制御条件を数名の患者で試して、およその見通しをつけた上で、改善が期待できそうな制御条件に絞って、さらに対象患者数を増やして検討を行うという方法を取った。選抜した2、ないし3の制御条件下（アシストあり）でおのおの5-10m歩行を数回行って、curara未装着時と比較検討した。評価は歩行速度、ステップ長、ケーデンス、加速度データなどにより行った。
神経難病患者のうち、対象患者数の多い脊髄小脳変性症では10名で股・膝関節で3つの異なる①同調性ゲインの組み合わせを試したが、未装着時と有意差はないものの、いずれの条件でも歩行速度が速くなる傾向が見られた。また、股関節と膝関節の同調性ゲインを変えた条件では、前後、上下、左右方向のいずれにおいても歩行の滑らかさを示す指標であるharmonic ratio が改善した。特に上下方向では未装着時に比べて、統計学的に有意な改善が見られた。
一方、脳卒中患者15名に対して、②歩行周期と③振幅（股関節・膝関節の関節角度幅）を違えた条件を試したところ、いずれの条件でも歩行速度や歩行対称性の改善が見られたが、歩行周期を小さくした条件の方が改善効果が大きかった。
以上より、疾患により適正な制御条件（①同調性ゲイン、②歩行周期、③振幅）を設定する必要があることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ロボティック・ウエアcuraraの小型化、軽量化は順調に進んでいる。現在の実装実験は3号機で行っているが、平成29年度中頃までには改良した4号機を用いた実装実験を始める予定である。4号機ではモータと取り付け部の軽量化、感性工学に基づく使いやすいデザイン、コントローラの小型化・軽量化（1.7 Kg→1.5 Kg）などが実現できる見込みである。
将来的な実用化を目指して、医師や理学療法士などの医療関係者が制御条件の確認、設定ができる、歩行データを患者・家族、医療関係者が確認できる、ことを目指して、ユーザーインターフェイスの開発を進めている。
curara実装実験は対象患者数の比較的多い脊髄小脳変性症、脳卒中を中心に行った。それぞれ10名、15名の患者において、同一の制御条件で実験を行い、歩行・歩容の改善効果があることを見出した。もともと脳卒中は対象としていなかったが、やはり頻度の高い疾患であることを踏まえて、追加した。
また、神経難病として脊髄性筋萎縮症や筋ジストロフィーを実験対象に考えていたが、これまでのところ十分な患者数が確保できなかった。元々、疾患頻度が少なく、curara装着の対象となる重症度の患者が少ないためと考えられる。これらの対象患者数の少ない疾患については、今後とも脳卒中や脊髄小脳変性症のように、疾患として有用性の高い制御条件を探索することは困難であると思われる。このような一定数の対象患者の確保が難しい疾患については、個々の患者に対して、さまざまな制御条件を設定して、きめ細かい実装実験を計画し、歩行・歩容データを集積することを考えている（real world dataの集積）。
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| Strategy for Future Research Activity |
curara実用化に向けた改良は引き続き進めて行く。これにはモータやその取り付け部、コントローラの小型化・軽量化、デザインの改良、患者・家族や医師、理学療法士などの医療関係者が利用しやすいユーザーインターフェイスの開発、などが含まれる。平成29年度中に4号機を用いた実装実験を行い、最終的に平成30年度には実用化モデル5号機の完成を目指している。
これまでの実装実験はcuraraの最適な制御条件（①同調性ゲイン、②歩行周期、③振幅（関節角度幅））を見極めるための短時間、単回の装着による探索的実験であった。脳卒中、脊髄小脳変性症に関しては、ある程度、効果的な制御条件が見出せたので、今後はその制御条件で装着時間を延長した、あるいは一定期間の継続的な装着による歩行・歩容の改善効果を確認するための実験を計画している。これは将来のcuraraの臨床試験のプロトコール作成に向けての基礎的な資料になると思われる。
これまでは制御条件の設定、歩行・歩容の解析はロボット工学者に委ねられていたが、上記のユーザーインターフェイスが開発されれば、医療関係者が自らこの部分を行えるようになる。これにより患者の疾患・病状に応じて制御条件を細かく調整し、歩行・歩容を評価できるようになることが期待できる。結果的に疾患・病状―制御条件―歩行・歩容に対する臨床効果、に関して、より多くのエビデンスを集積することができるのではないかと考えている。
curara実装実験に併行して、3軸加速度計を用いた神経難病患者の歩行・歩容の客観的な評価法の開発にも取り組んできたが、この課題は今後も継続して行く。すなわち、3軸加速度計を用いて、curaraによる歩行・歩容の改善効果を評価する、より客観的、かつ再現性の高い方法を探究して行く。
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Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Natural history of spinocerebellar ataxia type 31: a 4-year prospective study.2017
Author(s)
Nakamura K, Yoshida K, Matsushima A, Shimizu Y, Sato S, Yahikozawa H, Ohara S, Yazawa m, Ushiyama M, Sato M, Morita H, Inoue A, Ikeda S.
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Journal Title
The Cerebellum
Volume: 16
Pages: 518-524
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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