機能的電気刺激(FES)による任意のリーチング動作の再建に関する研究

本研究では、再建したい動作のための刺激データをあらかじめ用意しておくのではなく、患者の意志に応じて、実時間的に刺激データを生成して任意の動作を実現するためのFESシステムのインターフェイスを研究した。特に、上肢の運動機能再建に不可欠な"リーチング"を、障害者がFESによって自由に再建することを目的として、リーチングの目標位置検出について研究を行なった。また、 FES による任意の動作再建の一つとして、片麻痺者がシステム操作を意識しないで様々な条件下で歩行を容易に行えるEFSシステムのインターフェイスについても研究を行った。今年度は、これらの研究に関して、以下の成果を得た。1.昨年度、重度四肢麻痺者への適用を想定し、残存する頭部の随意動作から目標位置の三次元座標を検出する装置を試作した。このシステムの評価と検出精度の向上を検討するために、ヒトを模擬する実験装置を製作した。頭部の前屈及び回旋が可能であり、頭部に座標検出装置を装着して、机上の点を指示することを可能にした。2.これまでの座標検出法について、使用したレーザポインタの材質を磁気センサに影響の無いものに変更し、また、磁気センサーのレシーバを2つにして精度の向上を試み、上記1で製作した実験装置を用いて三次元座標検出装置の評価を行った。机上に設定した複数の目標点を指示する実験を行い、磁気センサに対する周囲からの外乱がない場合には0.41〜1.45cmの距離の誤差で座標を検出できた。3.任意の動作を再建するためのインターフェイスとして、片麻痺者の歩行動作の再建を想定し、歩行中の加速度を計測してニューラルネットにより歩行状態を自動的に識別し、制御命令として利用することを検討した。健常被験者での歩行についてであるが、平地歩行、階段昇り、階段降りについては80%以上の識別率を得ることができた。

本研究では、再建したい動作のための刺激データをあらかじめ用意しておくのではなく、患者の意志に応じて、実時間的に刺激データを生成して任意の動作を実現するためのFESシステムのインターフェイスを研究した。特に、上肢の運動機能再建に不可欠な"リーチング"を、障害者がFESによって自由に再建することを目的として、リーチングの目標位置検出について研究を行なった。また、 FES による任意の動作再建の一つとして、片麻痺者がシステム操作を意識しないで様々な条件下で歩行を容易に行えるEFSシステムのインターフェイスについても研究を行った。今年度は、これらの研究に関して、以下の成果を得た。1.昨年度、重度四肢麻痺者への適用を想定し、残存する頭部の随意動作から目標位置の三次元座標を検出する装置を試作した。このシステムの評価と検出精度の向上を検討するために、ヒトを模擬する実験装置を製作した。頭部の前屈及び回旋が可能であり、頭部に座標検出装置を装着して、机上の点を指示することを可能にした。2.これまでの座標検出法について、使用したレーザポインタの材質を磁気センサに影響の無いものに変更し、また、磁気センサーのレシーバを2つにして精度の向上を試み、上記1で製作した実験装置を用いて三次元座標検出装置の評価を行った。机上に設定した複数の目標点を指示する実験を行い、磁気センサに対する周囲からの外乱がない場合には0.41〜1.45cmの距離の誤差で座標を検出できた。3.任意の動作を再建するためのインターフェイスとして、片麻痺者の歩行動作の再建を想定し、歩行中の加速度を計測してニューラルネットにより歩行状態を自動的に識別し、制御命令として利用することを検討した。健常被験者での歩行についてであるが、平地歩行、階段昇り、階段降りについては80%以上の識別率を得ることができた。