2015 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 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, 総合研究所, 特任教授 (50299369)
伊藤 彰人 同志社大学, 理工学部, 准教授 (60516946)
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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 / バイオフィードバック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，大腿義足着用者および健常者を被験者とする歩行計測実験を実施し，算出した下肢の関節角度に関する特異値分解に基づく主要な運動を表す関節間協調パターンの評価手法を適用した上で，一歩行周期および各フェーズの運動モードにおける寄与率，空間基底や時間基底に加えて，一歩行周期における重心軌跡や各フェーズの時間比率，それらの相互の関係性を表す相関係数についても求め，大腿義足着用者および健常者における各物理量に基づく指標値の比較検証に基づく定量的評価をおこなった．運動学的な観点から大腿義足着用者の支配的な歩行運動パターンにおける健常者との相違点について比較検証，考察した結果，以下に示す結論を得た．
1．一歩行周期を各フェーズに分けた大腿義足着用者と健常者の歩行運動において，第1 フェーズと第3 フェーズにおける右脚の関節角度に相関がなく，支配的な運動パターンに相違点がみられた．これは，健常者の右脚膝関節は屈曲・伸展運動するのに対して，大腿義足着用者の右脚膝関節には全く屈曲が起こらないためであると考えられる．
2．大腿義足着用者の上下方向の重心軌跡の第2 フェーズに健常者との相違点がみられた．これは，大腿義足着用者の支持脚における関節角度および遊脚側のスイング速度が健常者と異なることが理由であると考えられる．
3．大腿義足着用者の歩行運動に関して，健常者との明確な相違点を表す関節間協調動作の中でも相関が高い動作パターンを抽出し，ヒトの歩行中における身体運動学的観点からの考察に基づき，それらの特徴を把握することにより，特異値分解を用いた大腿義足歩行に関する定量的評価の有効性を検証できた．
本結果により，提案した評価手法によって，健常者と大腿義足装着者の歩容の相違点が明らかとなり，歩容の特徴量の抽出に対する有用性が検証された．
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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
提案手法に基づく歩行指標の有用性を確認するため，昨年度開発した３次元トレッドミル歩行解析システムを計測装置として使用し，健常者および大腿義足装着者を被験者とする歩行計測実験をおこない，これまでの歩行解析システムも併用した場合の各出力を相互比較するとともに，定義した評価指標値を算出した．また，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被験者に提示するシステムを構築し，視覚的なバイオフィードバックに有効な特徴量を求めた．以上のように，本年度の計画通り実施された．
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| Strategy for Future Research Activity |
①身体に障害を持つ患者の歩行訓練技術の開発：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し，特異値あるいは固有値を関節間の寄与度とみなして，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．開発した指標をもとに大腿切断者を含む制約のない汎用性を持つヒトの歩行運動解析技術として開発し，被験者や歩行周期における統計処理も考慮し，その有効性を検証する．
②３次元トレッドミル歩行分析システムの開発：昨年度導入したヘッドマウントディスプレイと大画面ディスプレイを利用した提示システムを用いて，患者に対しては没入感，現実感を重視するとともに，理学療法士など介助者には患者の歩行の特徴量をリアルタイムで大画面ディスプレイに表示する．開発した映像システムを用いて，患者と介護者にそれぞれが有用と考えられる特徴的な情報を表示し，視覚的なバイオフィードバックの効果を評価する．
③定量的な歩行指標を用いた歩行訓練技術の開発：歩行障害者に用いる客観的指標を用いた歩行訓練技術を総合的にとりまとめ，実際的な歩行訓練に適用する．既に開発したウェアラブルな床反力計測システムを，歩行訓練中の片麻痺患者やパーキンソン病患者の，例えば「10m歩行」実験を実施し，歩行訓練の回復度合いの評価に適用して，客観的評価指標の有効性を検証する．
①，②，③の知見をとりまとめ，成果の発表を行う．
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| Causes of Carryover |
次年度，処理システムの高速化をはかる必要が生じる可能性が有り，DSPの増強費用に充当するため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は，本年度開発した映像システムを用いて，患者と介護者にそれぞれが有用と考えられる特徴的な情報を表示し，視覚的なバイオフィードバックの効果を評価する．トレッドミルの走行速度と映像の同期をより高速化するため，トレッドミル制御用のDSPを速度の速い機器に更新するための費用の一部に充当する．
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[Patent(Industrial Property Rights)] 荷重検出システム2014
Inventor(s)
辻内伸好，纐纈和美，纐纈俊昭，足立渡
Industrial Property Rights Holder
辻内伸好，纐纈和美，纐纈俊昭，足立渡
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
特許第5805237号
Filing Date
2014-02-28
Acquisition Date
2015-09-11
