2020 Fiscal Year Annual Research Report

Simulation analysis of shearing load on hip-skin of wheelchair users and the movement of their upper limbs

Research Project

Project/Area Number	18H03564
Research Institution	National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities
Principal Investigator	中山剛国立障害者リハビリテーションセンター(研究所), 研究所障害工学研究部, 研究室長 (90370874)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	松日楽信人芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20393902) 尾形邦裕国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40641436)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	褥瘡予防 / 車椅子 / ずれ力 / 慣性センサ / 簡易臀部モデル / シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements	本研究では動力学シミュレーション技術を用いることで、車いす上での様々な動作中に身体にかかる負荷（主には皮膚に掛かる荷重でせん断方向も含む）を定量化することで、動作中による褥瘡リスクの定量化を目標としている。2020年度では主に「車いすを漕いでいる際の車いす座面上のずれ力の計測」「運動解析とモデル構築」「ダイナミクスシミュレータを用いたシミュレーションモデルの構築」を実施した。実験協力者合計12名を対象として車いすを漕いでいる際の車いす座面の接触圧と車いす座面上のずれ力を計測し、姿勢センサ方式によるモーションキャプチャー（MVN Awinda）を用いて車いすを漕いでいる際のヒトの動作を取得した。更に関節位置を推定可能な身体モデルを構築し、車いすを漕ぐ際の運動解析を実施した。車椅子利用者の体幹角度と臀部負荷の関連性が示唆された。また車いす利用者の肩関節の屈曲・伸展動作とせん断荷重に有意に強い相関が示唆された。肩関節が屈曲すると座面後方へ、伸展すると座面前方へのせん断荷重が増加する傾向が得られた。ダイナミクスシミュレータ（V-REP／CoppeliaSim）によりシミュレーションモデルの構築を行った。構築したモデルはキネマティクスモデル、ダイナミクスモデル、クッションモデルの3種類である。実測から得られた座面の接触圧力分布とシミュレータによる接触圧力分布との比較を行ったところ車椅子進行方向における圧力中心は中程度の正の相関を得られた。車椅子動作中の身体動作をモデルに反映できていることが確認された．また、肩関節の屈曲伸展時における圧力の増減についてもシミュレーション上で同様の傾向を得ることができたため、本シミュレータの妥当性が示唆された。以上より、車椅子動作における肩関節の屈曲・伸展の最大時における圧力・せん断荷重の総合的な負荷の継続が褥瘡発生の要因の1つであると推測した。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。