臨床ロボティクス/Clinical Robotics


患者特有の動作を模擬するシルバー・シミュレーション/
Patient simulation: Simulation of impaired motion by the healthy

膝関節症のような運動機能障害を有する人々が被る身体的負担及びリスクを倫理的問題を回避しつつ系統的に調査する方法が, 装着型ロボットによるシルバー・シミュレーションです. 健常者がロボットを装着し,ロボットの制御ことにより,モデルとなる運動機能障がい者のような振舞を実現します. 図は,右膝関節に関節症を有する人の階段の昇降および椅子への着座起立を模擬した様子です.

Patian simulation is a new framework for assessing physical burdens, from which patients with motion impairement suffer. Using healthy people whose motions are controlled to simulate patient movements, we are allowed to collect the data of impaired motion under variable conditions for statistically assessing the possible burdens. Especially, we are simulating the typical motions of knee osteoarthritis patients to seek for the easiest conditions such as the position of handrails for sit-down and stand-up motions in terms of their burdens.

発表論文/Publiation: [日本語], [English 1], [English 2]
Motion simulator for knee-OA patients

歩行訓練を支援するWalkerロボット/ Robotic walker for gait rehabilitation

個人の症状に合わせて負荷を掛けることによって,効率的に歩行訓練を行うためのロボティックwalker を開発しています. Walkerは各種センサおよびモータを搭載しており,歩行パターン推定機によって,歩行障がいや訓練目的に適応した負荷を決定します. 継続的な利用によって,歩行バランスおよび歩行に関する筋協調を取り戻すことを目的として研究を進めています.

Walkers are widely used to assist elderlies with pathological gait patterns in daily life. We are trying to explore the possibility of using a walker which collaborated with motors and sensors to restore the walking ability of fragile elderlies. The cyclic change of the interaction force between the walker and a user during walking is used for estimating gait phases of the user, which makes it possible to exert the resistance to users in different gait phases for achieving different rehabilitation purposes. Now, we are applying different sets of resistance on different gait phases to promote the ability of balance and coordination of users.

発表論文/Publiation: [English 1], [English 2]
Schemetic of the robotic walker for gait rehabilitation

理学療法におけるストレッチング手技の分析/
Analysis of manual therapeutic techniques

理学療法士の徒手手技は伝承や規格化が難しいことで知られています. そこで,手技を分析し,向上に資するための解析技術を開発しています. モーションキャプチャや力・トルクセンサで計測された多変量の時系列データから運動を分析しており, これを写真のような,麻痺患者の足部を理学療法士が治療する徒手手技の分析に用いています. これは療法士の手技のばらつきを特定することを可能とし,効果的な手技の標準化に資することを目的としています.

We are analyzing manual therapeutic techniques of physical therapists, which are hard to be standardized or described in documents. The analysis is based on the motion data and contact force during the treatment such as the equnoivarus foot deformity of patients. This analysis leads to the specification of individual therapeutic techniques and their standardization.

発表論文/Publication: [English], [日本語]

足関節のストレッチ機械/
Foot (ankle) stretching machine

家庭で患者が一人で簡単かつ安心して使えるリハビリテーション機械の開発が求められています. われわれは,尖足に代表される症状のために足関節をストレッチする機械を開発しています. これまでに,複雑に3次元変形した足部をストレッチングする機械と,より使用性の高い底背屈専用の機器を開発しています. 安全機能と効果測定機能を伴った機械を社会実装していきます.

We are developing an ankle stretching rehabilitation machine, which can be easily used by patients at their home. This machine is designed for equinovarus and contracture of feet. Thus far, a machine for three-dimensional deformity of foot and another machine for plantar-dorsiflexion has been implemented. The functions for safety and effecitveness are studied.

発表論文/Publication: [English 1], [English 2], [English 3]

理学療法士養成を支援する装着型関節障害ダミー/
Wearable dummy for simulating joint disorders

理学療法士(PT)の徒手検査技術の習得を支援するために, さまざまな症状に伴う関節抵抗を模擬する関節障害ダミーを開発しています. このダミーは人間が装着するタイプになっているため,学習者は人体の複雑な関節動作および,皮膚や骨の特徴 などの人間らしさが保たれた環境で学習を行うことができます. これまでに,痙性麻痺や内反尖足を模擬してきました. 装着型装具のアクチュエータを制御することで, それぞれの症状特有の反力パターンや抵抗力を模擬しています.

Physical therapists master manual examination techniques for testing impaired motor functions. We developed a wearable robotic dummy joint to simulate disordered joint resistances for supporting physical therapists to learn such techniques. The wearable dummy allows the trainees to experience realistic human joint behaviors and other human likeliness including characteristic bones, skins, and limb weight. Currently, the dummy robot can simulate symptoms such as contracture, spasticity, limitations of motion ranges, crepitus, and etc.

発表論文/Publication: (膝/Knee) [日本語], [English]
(足/Foot) [English]

高齢者転倒防止のための移動ロボットによる床面状態検知/
Detection of irregular floor conditions by using mobile robots

増加傾向にある高齢者の事故削減のために,主要因である転倒転落について,統計データから要因及びトリガを分析した結果を基に, 移動ロボットを活用したリスク低減方策を提案しています. 事故発生の法則として「事故は変化要因の下で発生する」という仮説を提示しています. 事例として,主要因の一つである液体によるスリップ転倒事故防止のために床面状態検出機能を備えた移動ロボットにより 高齢者をアシストする方法を研究しています.

In order to reduce the increasing rate of accidents concerning elderly people, we analyzed tendencies of accidents, their main factors, and the triggers of the factors. This study introduces a mobile robot to detect the associated factors. We set a hypothesis: ”An accident occurs under changing factors.” As an example, a mobile robot detects liquid on the floor as one of the changing factors.

発表論文/Publication: [日本語]

深層強化学習に基づく移動ロボットを用いた高齢者のための転倒リスク低減/
Fall risk reduction for the elderly using mobile robots based on the deep reinforcement learning

スリップ起因の転倒は,高齢者にとって主な重大な骨折要因であり,これを予防するために, 移動型アシストロボットによる転倒リスク低減方策を提案しています. DCNN (Deep Convolutional Neural Network) を転倒リスク分析に用い,深層強化学習をロボット制御に適用することで, スリップ起因の高齢者の転倒リスクを削減します. 本手法は,別の要因による転倒事故や他の事故の場合にも適用可能です.

発表論文/Publication: [English]

Reinforcement learning for risk reduction for the elderly