2013 Fiscal Year Annual Research Report
バイオフィードバックによる歩行障害者のリハビリテーション効率の向上
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25289053
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
辻内 伸好 同志社大学, 理工学部, 教授 (60257798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 喜雄 高知工科大学, 工学部, 教授 (50299369)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 運動制御 / トレッドミル |
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| Research Abstract |
①大腿義足装着者のウェアラブルな運動解析技術の開発：
６軸力覚センサを内蔵したOssur社製 Total Knee2100 を膝継ぎ手とする大腿義足を装着した被験者により様々な歩行負荷状態に対して義足歩行実験を行い，その際生じた床反力，足底圧中心点，関節角度，関節間力，関節モーメント，関節パワーなどの生体力学的データを計測した．上記各負荷条件でのトレッドミル内蔵の床反力計およびウェアラブルな歩行解析装置を用いた際の大腿義足装着者の関節間力，関節モーメントを，理論解析の結果として数値計算により求めた．別に解析した健常者と大腿義足装着者，および健側と患側の相互比較を行った．姿勢センサの装着位置に対応した下肢に生じる関節角度，関節モーメントに加えて，床反力，足底圧中心点の軌跡における一歩行周期でのピーク値と発生時間，荷重の積分値，各関節の仕事率である関節パワーを積分した消費エネルギを求め，ヒトの歩行に関する特徴量として抽出し，定量的な歩行評価指標を定義した.
②３次元トレッドミル歩行解析システムの開発:
左右の走行路に２枚の６軸床反力計を内蔵し，障害者の歩容に適合した速度制御および傾斜角度による負荷状態の変化が可能な左右分離型３次元トレッドミルの試作機を開発した．障害者の歩容は障害の種類によって通常歩行と著しく異なるため，歩行動作を全く阻害しない形で，停止状態から定常歩行までの任意の歩容に対して非侵襲による歩行路ベルトの速度制御を実現する必要がある．そのため，左右２枚の床反力計の鉛直方向荷重から足底圧中心点の位置情報の推定手法を開発し，左右走行路の速度制御を実現した．
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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
①大腿義足装着者のウェアラブルな運動解析技術の開発
②３次元トレッドミル歩行解析システムの開発
の2つの開発目標に対して，当初の予定通り，目標が達成できた．具体的には，①につて定量的な歩行指標を提示できたこと，また，②については，６軸反力計を内蔵した左右分離型トレッドミルの試作機を開発し，床反力計から位置推定を行い，そこから走行速度制御が実現できたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
①各関節間の協調動作における時空間パターンを調べるため，これまでに計測した生体医工学的・運動学的物理量の時系列データを立脚期，遊脚期，両脚支持期などに分類して一つの行列にまとめ特異値分解を実施する．得られた特異値あるいは固有値を関節間の寄与度とみなし，各被験者・各歩行条件に関して整理することによって，無拘束状態におけるヒトの各身体部位で最も相関が高い動作パターンを抽出し評価する．
②大腿義足装着者の歩行の特徴である左右非対称性を表現可能な，健側と患側の立脚期時間長さの相違，および健側・患側の３次元トレッドミルの各床反力計からの出力ベクトルなどをリアルタイムで患者に提示するシステムを構築する．
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