多種競技における頭部衝撃継続収集と大規模力学解析に基づく脳震盪発生基準の構築

基于多种运动中头部撞击的持续采集和大规模力学分析建立脑震荡发生标准

• 批准号: 20H04073
• 负责人: 宮崎 祐介
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04073/
• 关键词: 傷害バイオメカニクス; スポーツ脳振盪; 脳震盪; スポーツ外傷

本研究ではスポーツにおける広範な衝撃条件に対応した脳振盪発生基準を構築することを目的とする．具体的には以下の4点に関して研究を行うことを目的としている．(1)マウスピース型衝撃センサによる実競技環境下における衝撃条件・診断情報統合データの継続収集， (2)世界唯一の次世代頭部ダミーとシミュレーションによる衝撃再現に基づく脳変形情報の取得，(3)衝撃条件・診断情報・脳変形挙動からなる脳震盪データベースの構築(4)機械学習により広範な衝撃条件に対応した脳震盪発生基準（人工知能モデル）を構築する．上記のうち(1)については，コロナウイルス禍による制約のため，実競技環境下での頭部衝撃計測は困難であった．そこで，前年度計測を行ったサッカーにおけるヘディングを対象としたマウスピース衝撃センサを用いた衝撃計測結果に基づき，衝撃シミュレーションをさらに実施し，他の競技環境下における頭部衝撃条件との比較を行い，一度のヘディング衝撃の場合は，脳振盪発生レベルに対して定量的に脳ひずみが小さいことを明らかにした．(2)については頚部筋緊張を考慮した有限要素モデルを用いてヘディングにおける脳ひずみへの影響について検討を行った．さらには，(4)の機械学習モデリングについては，時系列波形予測が可能なRNNの一種であるLSTMを用いて，脳内４部位の最大主ひずみ波形を高速に予測する機械学習手法を開発し，これによりアメリカンフットボールや自動車事故などの様々な衝撃条件における脳ひずみ波形を高精度かつ高速に計算可能な手法の開発を行った．

This study で は ス ポ ー ツ に お け る hiroo van な blunt shock conditions に 応 seaborne し た 脳 oscillation 発 raw datum を build す る こ と を purpose と す る. Under specific に は の 4 に masato し て を line う こ と を purpose と し て い る. (1) マ ウ ス ピ ー ス type blunt shock セ ン サ に よ る be competitive environment に お け る blunt shock conditions, diagnostic information integration デ ー タ の 継 続 収 set, (2) the world's only の nextgen head ダ ミ ー と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る blunt shock reappearance に base づ く 脳 - intelligence の obtained, , diagnosis information, (3) the blunt shock conditions 脳 - shaped 挙 dynamic か ら な る 脳 shock デ ー タ ベ ー ス の building (4) mechanical learning に よ り hiroo van な blunt shock conditions に 応 seaborne し た 脳 shock 発 raw datum (artificial knowledge can モ デ ル) を build す る. Written の う ち (1) に つ い て は, コ ロ ナ ウ イ ル ス disaster に よ る restrict の た め, be competitive environment で の head blunt shock measuring は difficult で あ っ た. そ こ で, former annual measuring line を っ た サ ッ カ ー に お け る ヘ デ ィ ン グ を like と seaborne し た マ ウ ス ピ ー ス blunt shock セ ン サ を with い た blunt shock measuring results に づ き, blunt shock シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を さ ら に be し, he の competitive environment に お け る head blunt shock conditions と の compare を い, once の ヘ デ ィ ン グ blunt shock は の situations, Born 脳 oscillation 発 レ ベ ル に し seaborne て quantitative に 脳 ひ ず み が small さ い こ と を Ming ら か に し た. (2) に つ い て は 頚 department muscle tension を consider し た finite element モ デ ル を with い て ヘ デ ィ ン グ に お け る 脳 ひ ず み へ の influence に つ い て 検 line for を っ た. さ ら に は, (4) の rote learning モ デ リ ン グ に つ い て は, series of waveform can be が may な RNN の a で あ る LSTM を with い て, 4 parts within 脳 の maximum principal ひ ず を high-speed に み waveforms can be す る machine learning technique を open 発 し, こ れ に よ り ア メ リ カ ン フ ッ ト ボ ー ル や auto accident な ど の others 々 な blunt shock conditions に お け る 脳 ひ ず み waveform を high-precision か つ に high-speed computing may な gimmick の open 発 を line っ た.

项目成果

サッカーにおける頭部傷害シナリオ分類と再現による受傷メカニズム検討手法の構築

通过分类和重现足球中的头部受伤场景来开发一种检查受伤机制的方法

• 发表时间: 2021
• 作者: Cho Kyung-Hyun;Nam Hyo-Seon;Baek Seung-Hee;Kang Dae-Jin;Na Hyejee;Komatsu Tomohiro;Uehara Yoshinari;三原雅史;石津 雄大，宮崎 祐介，北村 光司，西田 佳史
• 通讯作者: 石津 雄大，宮崎 祐介，北村 光司，西田 佳史

The Effect of Neck Stiffness on the Response of a Surrogate Head due to Blunt Trauma in Judo

颈部僵硬对柔道钝挫伤替代头反应的影响

• 发表时间: 2020
• 期刊: Proceedings of IRCOBI Conference 2020
• 作者: Jon Farmer;Sean Mitchell;Paul Sherratt and Yusuke Miyazaki
• 通讯作者: Paul Sherratt and Yusuke Miyazaki

ヘディング時に生じる脳ひずみに対する頚部筋の影響

颈部肌肉对头球时大脑变形的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kawamura;A.;Aoi;W.;Abe;R.;Kobayashi;Y.;Kuwahata;M.;and Higashi;A.;重村隼也，宮崎祐介
• 通讯作者: 重村隼也，宮崎祐介

ヘディングにおける頭部衝撃計測と脳変形挙動シミュレーション

航向过程中的头部冲击测量和大脑变形行为模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Hori Amane;Saito Ryuji;Suijo Kenichi;Kushnick Michael R.;Hasegawa Daisuke;Ishida Koji;Hotta Norio;桜場颯太，宮崎祐介，中屋輝，浅井武，中山雅雄
• 通讯作者: 桜場颯太，宮崎祐介，中屋輝，浅井武，中山雅雄

頭部外傷と脳振盪のバイオメカニクス

头部损伤和脑震荡的生物力学

• 发表时间: 2023
• 期刊: 体育の科学
• 作者: Masakiyo Teranishi;Keisuke Fujii;Kazuya Takeda;宮崎祐介
• 通讯作者: 宮崎祐介