研究者詳細

顔写真

ワタナベ　タカシ
渡邉　高志
Takashi Watanabe
所属
大学院医工学研究科　医工学専攻　社会医工学講座（神経電子医工学分野）
職名
教授
学位

  • 博士（工学）（東北大学）

  • 工学修士（東北大学）

経歴 3

  • 2013年4月 ～ 継続中
    東北大学 教授（医工学研究科）

  • 2008年4月 ～ 2013年3月
    東北大学 准教授（医工学研究科）

  • 2001年4月 ～ 2008年3月
    東北大学 助教授（情報シナジーセンター，工学研究科）

学歴 2

  • 東北大学　工学研究科　電気及通信工学

    ～ 1991年3月

  • 山梨大学　工学部　電気工学科

    ～ 1989年3月

委員歴 22

  • 日本生体医工学会　代議員

    2019年4月 ～ 継続中

  • バイオメカニズム学会　評議員

    2006年4月 ～ 継続中

  • 電子情報通信学会　ソサイエティ論文誌編集委員会査読委員

    2005年11月 ～ 継続中

  • 日本生体医工学会（日本エム・イー学会）　東北支部幹事

    2003年1月 ～ 継続中

  • バイオメカニズム学会　理事

    2018年4月 ～ 2022年4月

  • 電子情報通信学会 ＭＥとバイオサイバネティックス研究専門委員会　委員長

    2020年6月 ～ 2021年6月

  • 電子情報通信学会 ＭＥとバイオサイバネティックス研究専門委員会　副委員長

    2019年6月 ～ 2020年6月

  • 電子情報通信学会 ＭＥとバイオサイバネティックス研究専門委員会　専門委員

    2014年6月 ～ 2019年6月

  • 日本生体医工学会　ME技術教育委員会委員

    2005年4月 ～ 2015年3月

  • 電子情報通信学会 ＭＥとバイオサイバネティックス研究専門委員会　幹事

    2012年5月 ～ 2014年6月

  • 日本生体医工学会　代議員

    2005年4月 ～ 2009年

  • 日本FES研究会　会計幹事

    1994年4月 ～ 2008年1月

  • 日本生体医工学会　第46回日本生体医工学会大会実行委員（会計担当）

    2006年4月 ～ 2007年5月

  • バイオメカニズム学会・編集委員会　編集委員

    2003年4月 ～ 2007年4月

  • International Functional Electrical Stimulation Society　11th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society, Scientific Committee Co-Chair

    2005年4月 ～ 2006年10月

  • 計測自動制御学会　第5回制御部門大会実行委員

    2004年10月 ～ 2005年5月

  • バイオメカニズム学会・編集委員会　編集委員会幹事

    2003年4月 ～ 2005年4月

  • 日本エム・イー学会　東北支部代表幹事

    2000年1月 ～ 2002年12月

  • International Functional Electrical Stimulation Society　6th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society組織委員

    2000年12月 ～ 2001年5月

  • 日本エム・イー学会　東北支部会計幹事

    1999年1月 ～ 1999年12月

  • International Functional Electrical Stimulation Society　6th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society実行委員

    1998年7月 ～ 1999年9月

  • 日本エム・イー学会　第38回日本生体医工学会大会実行委員（会計担当）

    1998年4月 ～ 1999年6月

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所属学協会 5

  • 電子情報通信学会

  • バイオメカニズム学会

  • International Functional Electrical Stimulation Society

  • IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Enginees,Inc.)

  • 日本生体医工学会

研究キーワード 6

  • ユーザインターフェイス

  • ウェアラブルセンサ

  • 運動機能評価

  • 運動計測

  • 運動制御

  • 機能的電気刺激

研究分野 2

  • ライフサイエンス / 生体材料学 / 医用電子・生体工学

  • ライフサイエンス / 生体医工学 / 医用電子・生体工学

受賞 4

  1. 生体医工学シンポジウム ベストレビューワーアワード

    2016年9月17日　日本生体医工学会 生体医工学シンポジウム編集委員会

  2. 石田實記念財団研究奨励賞

    2013年11月8日　石田實記念財団　無線型慣性センサによるウェアラブル下肢運動計測・解析システムのリハビリテーション応用に関する研究

  3. 生体医工学シンポジウム ベストレビューワーアワード

    2013年9月20日　日本生体医工学会 生体医工学シンポジウム編集委員会

  4. 平成12年度科学新聞賞・研究奨励賞・阪本研究刊行助成賞・阿部賞

    2001年5月10日　日本エム・イー学会　ダブルパルスによるM波を利用したFES制御時の筋疲労評価の検討

論文 176

  1. A Computer Simulation Study on Movement Control by Functional Electrical Stimulation Using Optimal Control Technique with Simplified Parameter Estimation 査読有り

    Fauzan ARROFIQI, Takashi WATANABE, Achmad ARIFIN

    IEICE Transactions on Information and Systems　E106.D　(5)　1059-1068　2023年5月1日

    出版者・発行元： Institute of Electronics, Information and Communications Engineers (IEICE)

    DOI： 10.1587/transinf.2022edp7093 　

    ISSN：0916-8532

    eISSN：1745-1361

  2. Evaluation of Multi-Sensor Gloves Development as an Assistive Interpreter for Indonesian Sign Language

    Dwisainstia Aponno, Achmad Arifin, Muhammad Hilman Fatoni, Mohammad Nuh, Takashi Watanabe

    2022 International Conference on Computer Engineering, Network, and Intelligent Multimedia (CENIM)　2　179-184　2022年11月22日

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/cenim56801.2022.10037541 　

  3. Design of Parameter Estimation Method of Fuzzy FES Controller: Computer Simulation Test in Wrist Joint Control 査読有り

    Fauzan Arrofiqi, Takashi Watanabe, Achmad Arifin

    2022 IEEE 4th Global Conference on Life Sciences and Technologies (LifeTech)　116-120　2022年3月7日

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/lifetech53646.2022.9754880 　

  4. A Computer Simulation Test for Validation of Linear Model Predictive Control with Nonlinear Transformation for FES in Wrist Joint Control 査読有り

    Fauzan Arrofiqi, Takashi Watanabe, Achmad Arifin

    2021 6th International Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences (ICIIBMS)　144-148　2021年11月25日

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/iciibms52876.2021.9651660 　

  5. A Feasibility Study of Gait Change Detection Using LSTM Based on Inertial Sensor Measurements under Fixed Step Widths 査読有り

    Kento Katayama, Takashi Watanabe

    2021 6th International Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences (ICIIBMS)　111-115　2021年11月25日

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/iciibms52876.2021.9651568 　

  6. A Preliminary Study on Prediction of Initial Contact Timing During Gait Using LSTM for FES Control 査読有り

    Yuto Uwaseki, Takashi Watanabe

    Converging Clinical and Engineering Research on Neurorehabilitation IV: Biosystems & Biorobotics　115-120　2021年10月

    出版者・発行元： Springer International Publishing

    DOI： 10.1007/978-3-030-70316-5_19 　

    ISSN：2195-3562

    eISSN：2195-3570

  7. A Study on Reference Range of Healthy Subjects for Detection and Evaluation of Abnormal Foot Movement During Walking in Hemiplegic Subject Using Inertial Sensors 査読有り

    Taihei Noro, Takashi Watanabe, Katsunori Murakami, Naomi Kuge

    Converging Clinical and Engineering Research on Neurorehabilitation IV: Biosystems & Biorobotics　109-113　2021年10月

    出版者・発行元： Springer International Publishing

    DOI： 10.1007/978-3-030-70316-5_18 　

    ISSN：2195-3562

    eISSN：2195-3570

  8. Average Walking Speed Estimation with an Inertial Sensor in 10-m Walk Test: A Validation Test with Healthy Subjects 査読有り

    Takashi Watanabe

    8th European Medical and Biological Engineering Conference　169-177　2021年

    出版者・発行元： Springer International Publishing

    DOI： 10.1007/978-3-030-64610-3_20 　

    ISSN：1680-0737

    eISSN：1433-9277

  9. Design and Implementation of Wrist Joint Movements Restoration System Using Wearable Functional Electrical Stimulation with a Fuzzy-PID Controller 査読有り

    Dyah Ayu Rachmawati, Achmad Arifin, Siti Halimah Baki, Kevin Leonardo, Fauzan Arrofiqi, Muhammad Hilman Fatoni, Takashi Watanabe

    2020 4th International Conference on Computational Biology and Bioinformatics　74-80　2020年12月27日

    出版者・発行元： ACM

    DOI： 10.1145/3449258.3449272 　

  10. Design of Post-stroke Upper Limb Rehabilitation Game using Functional Electrical Stimulation for Hemiplegic Patient 査読有り

    Steven Seaver Wiarta, Achmad Arifin, Siti Halimah Baki, Fauzan Arrofiqi, Muhammad Hilman Fatoni, Takashi Watanabe

    2020 International Conference on Computer Engineering, Network, and Intelligent Multimedia (CENIM)　2020年11月17日

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/cenim51130.2020.9297963 　

  11. Development of Artificial Neural Network Based Automatic Stride Length Estimation Method Using IMU: Validation Test with Healthy Subjects 査読有り

    Yoshitaka NOZAKI, Takashi WATANABE

    IEICE Transactions on Information and Systems　E103.D　(9)　2027-2031　2020年9月1日

    出版者・発行元： Institute of Electronics, Information and Communications Engineers (IEICE)

    DOI： 10.1587/transinf.2019edl8227 　

    ISSN：0916-8532

    eISSN：1745-1361

  12. Design of Myoelectric Control Command of Electric Wheelchair as Personal Mobility for Disabled Person 査読有り

    I Wayan Nudra Bajantika Pradivta, Achmad Arifin, Fauzan Arrofiqi, Takashi Watanabe

    Proceedings of 2019 International Biomedical Instrumentation and Technology Conference　112-117　2019年10月

  13. A Design of Multipurpose Virtual Reality Game for Children with Autism Spectrum Disorder 査読有り

    Milla Rahmadiva, Achmad Arifin, Muhammad Hilman Fatoni, Siti Halimah Baki, Takashi Watanabe

    Proceedings of 2019 International Biomedical Instrumentation and Technology Conference　1-6　2019年10月

  14. A Feasibility Test of Evaluation of Gait Movement by Using Center of Mass Estimation with Inertial Sensors 査読有り

    Yuho Takeda, Takashi Watanabe

    IFMBE Proceedings　76　718-726　2019年9月

  15. A Study on Relationship between Walking Speed and Acceleration of Center of Mass Estimated with Inertial Sensors 査読有り

    Takashi Watanabe, Yuho Takeda

    IFMBE Proceedings　76　694-702　2019年9月

  16. A Basic Study on Detection of Movement State in Stride by Artificial Neural Network for Estimating Stride Length of Hemiplegic Gait Using IMU

    Yoshitaka Nozaki, Takashi Watanabe

    2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC)　2019年7月

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/embc.2019.8856352 　

  17. 慣性センサを用いた大腿部３次元運動計測による歩行時の異常運動検出法の検討 査読有り

    塩谷 真帆, 渡邉 高志, 村上 克徳, 久家 直巳

    生体医工学　57　(1)　1-7　2019年3月

  18. 慣性センサを用いた大腿部ベクトル推定による片麻痺者歩行の3次元的運動異常の検出可能性 査読有り

    塩谷真帆, 渡邉高志

    バイオメカニズム学会誌　43　(1)　2019年2月

  19. A Feasibility Study on Thigh Inclination Angle Estimation With an Inertial Sensor Attched on the Shank Segment 査読有り

    Takashi Watanabe, Shinya Yasuhara

    Proceedings of the 2018 IEEE Life Sciences Conference　2018年10月

  20. A Basic Test of Calibration Methods for Measurement of Three-dimensional Movements of Lower Limbs With Inertial Sensors 査読有り

    Takuma Ando, Takashi Watanabe

    Proceedings of the 2018 IEEE Life Sciences Conference　211-214　2018年10月

  21. Experimental Tests of a Prototype of IMU-Based Closed-Loop Fuzzy Control System for Mobile FES Cycling with Pedaling Wheelchair

    Takashi WATANABE, Takumi TADANO

    IEICE Transactions on Information and Systems　E101.D　(7)　1906-1914　2018年7月1日

    出版者・発行元： Institute of Electronics, Information and Communications Engineers (IEICE)

    DOI： 10.1587/transinf.2017edp7299 　

    ISSN：0916-8532

    eISSN：1745-1361

  22. A computer simulation test of feedback error learning-based FES controller for controlling random and cyclic movements 査読有り

    Takashi Watanabe, Naoya Akaike

    IFMBE Proceedings　68/3　53-57　2018年5月

  23. Experimental evaluation of an assist chair for sit-to-stand on speed of flipping up a seat of chair 査読有り

    T. Suzuki, N. Tyler, A. Suda, H. Onishi, T. Muromaki, T. Watanabe

    ICIIBMS 2017 - 2nd International Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences　2018-　239-242　2018年2月2日

    出版者・発行元： Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.

    DOI： 10.1109/ICIIBMS.2017.8279743 　

  24. A validation test of using shoulder joint moment in evaluation of load in wheelchair propulsion 査読有り

    D. Kobayashi, T. Watanabe, N. Tyler, T. Suzuki

    2017 IEEE Life Sciences Conference, LSC 2017　2018-　242-245　2018年1月23日

    出版者・発行元： Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.

    DOI： 10.1109/LSC.2017.8268188 　

  25. An Examination of Stimulation Timing Patterns for Mobile FES Cycling under Closed-loop Control of Low Cycling Speed 査読有り

    Takashi Watanabe, Taukmi Tadano

    Converging Clinical and Engineering Research on Neurorehabilitation III　21　1106-1110　2018年

  26. A Pilot Study of Relationship between Hip Joint Movement and FES Foot Drop Correction with a Hemiplegic Subjectudy of Relationship between Hip Joint Movement and FES Foot Drop Correction with a Hemiplegic Subject 査読有り

    Kei Kikuchi, Takashi Watanabe, Ryusei Morita, Katsunori Murakami, Naomi Kuge

    Converging Clinical and Engineering Research on Neurorehabilitation III　21　243-247　2018年

  27. Design of Closed-Loop Fuzzy FES Controller and Tests in Controlling Knee Extension Movements 査読有り

    Takashi Watanabe, Takumi Tadano

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E100D　(9)　2261-2264　2017年9月

    DOI： 10.1587/transinf.2017EDL8061 　

    ISSN：1745-1361

  28. 免荷式リフトとFES下垂足矯正の併用による片麻痺者の歩行改善に関する基礎検討

    森田 竜生, 菊地 圭, 渡邉 高志, 村上 克徳, 久家 直巳

    生体医工学　55　(3)　144-144　2017年

    出版者・発行元： 公益社団法人 日本生体医工学会

    DOI： 10.11239/jsmbe.55Annual.144 　

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    <p>片麻痺者は下垂足によりぶん回し歩行などの代償的な歩行動作となることが多い．代償動作は左右の対称性が悪く，健常者のような効率的な歩行動作ではないため，日常生活で実用的な歩行速度や連続歩行能力を獲得できない可能性がある．そこで，片麻痺者に対称的な歩行パターンを学習させるための方法として，免荷装置を用いた訓練が臨床に取り入れられており，一般的にはトレッドミルを併用した免荷トレッドミルトレーニングとして知られている．本研究では，片麻痺者に免荷式リフトを適用することによるストライド時間やストライド中の立脚期と遊脚期の割合における左右差の変化を，慣性センサを用いて定量的に評価することを目的とした．しかし，下垂足傾向の強い片麻痺者においては，免荷を適用してもすり足歩行となる場合があり，適切な評価を行えない可能性がある．そこで本報告では，片麻痺者が免荷式リフトを使用して歩行する場合に，FESによる下垂足矯正の有無が歩行に与える変化を慣性センサにより評価した．その結果，下垂足矯正が無い場合にすり足歩行の割合が非常に高い患者で，下垂足矯正によりすり足歩行の割合が低下し，正常な動作での歩行割合が増大したのと同時に，歩行パターンの左右差が低減する結果が得られた．この方法は，歩行パターンの改善と正常な歩行動作の獲得を同時に実現することに有効であると考えられる．</p>

  29. A Preliminary Test of a Portable Prototype System of FES Foot Drop Correction and Gait Measurements with a Hemiplegic Subject 査読有り

    Takashi Watanabe, Shun Endo, Ryusei Morita, Katsunori Murakami, Naomi Kuge

    CONVERGING CLINICAL AND ENGINEERING RESEARCH ON NEUROREHABILITATION II, VOLS 1 AND 2　15　1217-1221　2017年

    DOI： 10.1007/978-3-319-46669-9_198 　

    ISSN：2195-3562

  30. Determination of stimulation timing pattern based on EMG signals for fes cycling with pedaling wheelchair 査読有り

    Takashi Watanabe, Takumi Tadano

    IFMBE Proceedings　65　394-397　2017年

    出版者・発行元： Springer Verlag

    DOI： 10.1007/978-981-10-5122-7_99 　

    ISSN：1680-0737

  31. Examination of Inertial Sensor-Based Estimation Methods of Lower Limb Joint Moments and Ground Reaction Force: Results for Squat and Sit-to-Stand Movements in the Sagittal Plane 査読有り

    Jun Kodama, Takashi Watanabe

    SENSORS　16　(8)　2016年8月

    DOI： 10.3390/s16081209 　

    ISSN：1424-8220

  32. Embedded fuzzy logic controller for functional electrical stimulation system 査読有り

    A. L. Basith, A. Arifin, F. Arrofiqi, T. Watanabe, M. Nuh

    2016 International Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA)　2016年7月

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/isitia.2016.7828639 　

  33. Comparison of Muscle Stimulation Groups for Simplified Practical FES Cycling Control with Cycling Wheelchair: An Experimental Test with Healthy Subjects 査読有り

    Takashi Watanabe, Yuta Karasawa

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E99D　(5)　1345-1352　2016年5月

    DOI： 10.1587/transinf.2015EDP7135 　

    ISSN：1745-1361

  34. Potential of M-wave Elicited by Double Pulse for Muscle Fatigue Evaluation in Intermittent Muscle Activation by Functional Electrical Stimulation (FES) for Motor Rehabilitation 査読有り

    Naoto Miura, Takashi Watanabe

    Journal of Medical Engineering　2016　2016年2月28日

    DOI： 10.1155/2016/6957287 　

  35. Feasibility Study of Inertial Sensor-based Joint Moment Estimation Method during Human Movements A Test of Multi-Link Modeling of the Trunk Segment 査読有り

    Takashi Watanabe, Jun Kodama

    Proceedingd of the 9th International Conference on Bio-inspired Systems and Signal Processing　248-255　2016年2月5日

  36. 慣性センサによる3次元運動計測の精度評価のための座標系設定法の検討

    塩谷 真帆, 渡邉 高志

    生体医工学　54　(27)　S182-S182　2016年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本生体医工学会

    DOI： 10.11239/jsmbe.54Annual.S182 　

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    <p>In these days, inertial sensors are used to measure body movements, for example joint angles or segment inclination angles. In many reports that refer to angle measurement, results from sensor systems were compared to those from optical motion analysis system to evaluate measurement accuracy. However, the global coordinate systems doesn't match exactly between sensor and motion analysis systems, which cause problem in the accuracy evaluation. In this paper, a method to define standardized coordination system for several measurement systems was developed. At first, two postures were measured with sensor and motion analysis system, and from these measurement data, the standardized coordinate system was defined. Then, difference between the coordination system of sensor system or motion analysis system and the standardized coordination system was calculated. The data measured from each system were recalculated in the standardized coordination, respectively. Therefore, angle measurement accuracy of sensor system was evaluated more precisely.</p>

  37. A Basic Study on Temporal Parameter Estimation of Wheelchair Propulsion based on Measurement of Upper Limb Movements Using Inertial Sensors 査読有り

    Takashi Watanabe, Kodai Miyazaki, Maho Shiotani, Andrew Symonds, Catherine Holloway, Tatsuto Suzuki

    2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS (SMC)　2729-2733　2016年

    DOI： 10.1109/SMC.2016.7844652 　

    ISSN：1062-922X

  38. Development of a prototype of portable FES rehabilitation system for relearning of gait for hemiplegic subjects 査読有り

    Takashi Watanabe, Shun Endo, Ryusei Morita

    Healthcare Technology Letters　3　(4)　284-289　2016年

    出版者・発行元： Institution of Engineering and Technology

    DOI： 10.1049/htl.2016.0045 　

    ISSN：2053-3713

  39. A Basic Study on Walking Speed Estimaiton Using Inertial Sensors for Gait Rehabilitation

    Tasuku Miyazawa, Takashi Watanabe

    Proceedings of the 12th International Conference on Ubiquitous Healthcare (u-Healthcare2015)　92　2015年11月30日

  40. Measurement of EMG Signals for Determination of Stimulation Timing Pattern for FES Cycling with Cycling Wheelchair

    Takumi Tadano, Takashi Watanabe

    Proceedings of the 12th International Conference on Ubiquitous Healthcare (u-Healthcare2015)　20　2015年11月30日

  41. A Validation Test of a Simple Method of Stride Length Measurement Only with Inertial Sensors and a Preliminary Test in FES-assisted Hemiplegic Gait 査読有り

    T. Watanabe, T. Miyazawa

    WORLD CONGRESS ON MEDICAL PHYSICS AND BIOMEDICAL ENGINEERING, 2015, VOLS 1 AND 2　51　1111-1114　2015年

    DOI： 10.1007/978-3-319-19387-8_270 　

    ISSN：1680-0737

  42. A Basic Study on Quantitative Evaluation of 3-dimensional Foot Contact with an Inertial Sensor for FES Foot Drop Correction 査読有り

    Maho Shiotani, Takashi Watanabe

    2015 37TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)　6684-6687　2015年

    DOI： 10.1109/EMBC.2015.7319926 　

    ISSN：1557-170X

  43. Comparison of Angle Measurements Between Integral-Based and Quaternion-Based Methods Using Inertial Sensors for Gait Evaluation 査読有り

    Takashi Watanabe, Yuta Teruyama, Kento Ohashi

    BIOMEDICAL ENGINEERING SYSTEMS AND TECHNOLOGIES, BIOSTEC 2014　511　274-288　2015年

    DOI： 10.1007/978-3-319-26129-4_18 　

    ISSN：1865-0929

  44. 病気別にみた脳卒中片麻痺者の歩行改善に向けて -生活期から-

    芝崎 淳, 阿部浩明, 渡邉高志

    理学療法学　41　(8)　567-572　2014年12月20日

    出版者・発行元： 日本理学療法士学会

    DOI： 10.15063/rigaku.KJ00009647380 　

  45. An Effectiveness of M-waves Elicited by Additional Pulses in Muscle Fatigue Evaluation for Repetitive Training with FES in Motor Rehabilitation 査読有り

    Watanabe T, Miura N

    Proceedings the XX Congress of the International Society of Electrophysiology and Kinesiology (ISEK)　2014年7月

  46. Angle Measurements During 2D and 3D Movements of a Rigid Body Model of Lower Limb: Comparison between Integral-based and Quaternion-based Methods 査読有り

    Takashi Watanabe, Kento Ohashi

    Proceedings. 7th International Conference on Bio-inspired Systems and Signal Processing (BIOSIGNALS 2014)　35-44　2014年3月

    DOI： 10.5220/0004793600350044 　

  47. Measurement of gait movements of a hemiplegic subject with wireless inertial sensor system before and after robotic-assisted gait training in a day 査読有り

    Takashi Watanabe, Jun Shibasaki

    IFMBE Proceedings　41　1730-1733　2014年

    出版者・発行元： Springer Verlag

    DOI： 10.1007/978-3-319-00846-2_427 　

    ISSN：1680-0737

  48. A Basic Study on a Method of Evaluating 3-dimentional Foot Movements in Walking 査読有り

    Maho Shiotani, Takashi Watanabe

    2014 IEEE-EMBS INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOMEDICAL AND HEALTH INFORMATICS (BHI)　543-546　2014年

    DOI： 10.1109/BHI.2014.6864422 　

  49. A Preliminary Study on Evaluation of Circumduction Movement during Gait with Wireless Inertial Sensors 査読有り

    Maho Shiotani, Takashi Watanabe

    2014 36TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)　5828-5831　2014年

    DOI： 10.1109/EMBC.2014.6944953 　

    ISSN：1557-170X

  50. A Test of Controlling Different Muscles in FES Cycling with Cycling Wheelchair "Profhand" 査読有り

    Takashi Watanabe, Yuta Karasawa, Yasunobu Handa

    2014 IEEE 19TH INTERNATIONAL FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION SOCIETY ANNUAL CONFERENCE (IFESS)　2014年

    DOI： 10.1109/IFESS.2014.7036742 　

  51. A Preliminary Study on Analyzing 3-Dimentional Foot Movements in 10 m Walking with FES-Assisted Foot Drop Correction 査読有り

    Maho Shiotani, Takashi Watanabe

    ABSTRACT BOOK, 35th Annual Conference of the IEEE EMBS　51　U-26-U-26　2013年7月3日

    出版者・発行元： Japanese Society for Medical and Biological Engineering

    DOI： 10.11239/jsmbe.51.U-26 　

    ISSN：1347-443X

  52. A Feasibility Study of FES Cycling with Cycling Wheelchair “Profhand” 査読有り

    Takashi Watanabe, Takuya Murakami, Yasunobu Handa

    Proceedings of the 18th Annual Conference of the International FES Society　159-162　2013年6月6日

  53. Preliminary Tests of a Prototype FES Control System for Cycling Wheelchair Rehabilitation 査読有り

    Takashi Watanabe, Takuya Murakami, Yasunobu Handa

    2013 IEEE 13TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON REHABILITATION ROBOTICS (ICORR)　2013年

    DOI： 10.1109/ICORR.2013.6650484 　

    ISSN：1945-7898

  54. A Basic Study on Variable-Gain Kalman Filter based on Angle Error Calculated from Acceleration Signals for Lower Limb Angle Measurement with Inertial Sensors 査読有り

    Yuta Teruyama, Takashi Watanabe

    2013 35TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)　3427-3430　2013年

    DOI： 10.1109/EMBC.2013.6610277 　

    ISSN：1557-170X

  55. A Trial of Making Reference Gait Data for Simple Gait Evaluation System with Wireless Inertial Sensors 査読有り

    Yuta Karasawa, Yuta Teruyama, Takashi Watanabe

    2013 35TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)　3431-3434　2013年

    DOI： 10.1109/EMBC.2013.6610278 　

    ISSN：1557-170X

  56. Experimental evaluation of balance prediction models for sit-to-stand movement in the sagittal plane 査読有り

    Oscar David Pena Cabra, Takashi Watanabe

    Computational and Mathematical Methods in Medicine　2013　2013年

    DOI： 10.1155/2013/592328 　

    ISSN：1748-670X 1748-6718

  57. Movement Change Induced by Voluntary Effort with Low Stimulation Intensity FES-assisted Dorsiflexion: A Case Study with a Hemiplegic Subject 査読有り

    Takashi Watanabe, Shun Endo, Katsunori Murakami, Yoshimi Kumagai, Naomi Kuge

    2013 6TH INTERNATIONAL IEEE/EMBS CONFERENCE ON NEURAL ENGINEERING (NER)　327-330　2013年

    DOI： 10.1109/NER.2013.6695938 　

    ISSN：1948-3546

  58. Effectiveness of variable-gain kalman filter based on angle error calculated from acceleration signals in lower limb angle measurement with inertial sensors 査読有り

    Yuta Teruyama, Takashi Watanabe

    Computational and Mathematical Methods in Medicine　2013　2013年

    出版者・発行元： Hindawi Publishing Corporation

    DOI： 10.1155/2013/398042 　

    ISSN：1748-6718 1748-670X

  59. A Case Study of Angle Measurements in Foot Drop Correction by FES under Different Stimulation Conditions 査読有り

    Watanabe T, Endo S, Miura N, Murakami K, Kumagai Y, Kuge N

    Proceedings of the 17th Annual Conference of the International FES Society　303-306　2012年9月

  60. A Preliminary Test of Lower Limb Joint Moment Estimation Method without Ground Reaction Force using Inertial Sensors 査読有り

    Takashi Watanabe, Hiroaki Mori, Tatstuto Suzuki

    ABSTRACT BOOK, 34th Annual Conference of the IEEE EMBS　661　2012年8月

  61. A TEST OF MULTICHANNEL CLOSED-LOOP FES CONTROLLER IN WRIST JOINT MOVEMENTS OF A HEMIPLEGIC SUBJECT

    Takashi Watanabe

    SAITO HO-ON KAI NATURAL HISTORY RESEARCH BULLETIN　(76)　79-87　2012年3月

  62. Kalman-Filtering-Based Joint Angle Measurement with Wireless Wearable Sensor System for Simplified Gait Analysis 査読有り

    Hiroki Saito, Takashi Watanabe

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E94D　(8)　1716-1720　2011年8月

    DOI： 10.1587/transinf.E94.D.1716 　

    ISSN：0916-8532

  63. Fuzzy FES controller using cycle-to-cycle control for repetitive movement training in motor rehabilitation. Experimental tests with wireless system 査読有り

    Naoto Miura, Takashi Watanabe, Satoru Sugimoto, Kazunori Seki, Hiroshi Kanai

    Journal of Medical Engineering and Technology　35　(6-7)　314-321　2011年8月

    DOI： 10.3109/03091902.2011.591480 　

    ISSN：0309-1902 1464-522X

  64. A Study on Feedback Error Learning Controller for Functional Electrical Stimulation: Generation of Target Trajectories by Minimum Jerk Model 査読有り

    Takashi Watanabe, Keisuke Fukushima

    ARTIFICIAL ORGANS　35　(3)　270-274　2011年3月

    DOI： 10.1111/j.1525-1594.2011.01223.x 　

    ISSN：0160-564X

  65. DEVELOPMENT OF WEARABLE GAIT EVALUATION SYSTEM A Preliminary Test of Measurement of Joint Angles and Stride Length 査読有り

    Takashi Watanabe, Hiroki Saito, Eri Koike, Kazuki Nitta

    BIOSIGNALS 2011　245-250　2011年

  66. Tests of Wireless Wearable Sensor System in Joint Angle Measurement of Lower Limbs 査読有り

    Takashi Watanabe, Hiroki Saito

    2011 ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)　5469-5472　2011年

    DOI： 10.1109/IEMBS.2011.6091395 　

    ISSN：1557-170X

  67. A Clinical Trial of a Prototype of Wireless Surface FES Rehabilitation System in Foot Drop Correction 査読有り

    Naoto Miura, Takashi Watanabe, Kiyokazu Akasaka, Tatsuto Suzuki

    2011 ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)　5461-5464　2011年

    DOI： 10.1109/IEMBS.2011.6091393 　

    ISSN：1557-170X

  68. Mechanical Power of Ankle Plantar Flexion and Subjective Pain by Monophasic Electrical Stimulation 査読有り

    Tatsuto Suzuki, Takashi Watanabe, Ryuichi Saura, Hironobu Uchiyama

    2011 ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)　7234-7237　2011年

    DOI： 10.1109/IEMBS.2011.6091828 　

    ISSN：1557-170X

    eISSN：1558-4615

  69. A Preliminary Test of Measurement of Joint Angles and Stride Length with Wireless Inertial Sensors for Wearable Gait Evaluation System 査読有り

    Takashi Watanabe, Hiroki Saito, Eri Koike, Kazuki Nitta

    COMPUTATIONAL INTELLIGENCE AND NEUROSCIENCE　2011　2011年

    DOI： 10.1155/2011/975193 　

    ISSN：1687-5265

    eISSN：1687-5273

  70. An Approach to Applying Feedback Error Learning for Functional Electrical Stimulation (FES) Controller: Computer Simulation Tests of Wrist Joint Control 査読有り

    Takashi Watanabe, Keisuke Fukushima

    Advances in Artificial Neural Systems　2010年11月

    DOI： 10.1155/2010/814702 　

  71. A Study on Feedback Error Learning Controller for FES: Generation of Target Trajectories by Minimum Jerk Model 査読有り

    Watanabe T, Fukushima K

    Proceedings of the 15th IFESS Annual Conference　124-126　2010年9月

  72. A Preliminary Study of Muscle Fatigue Evaluation using M-waves Elicited by Additional Pulses for Rehabilitation with FES 査読有り

    Miura N, Watanabe T, Hiroshi K

    Proceedings of the 15th IFESS Annual Conference　102-104　2010年9月

  73. Movement of Ankle Plantar flexor and Subjective Pain by Monophasic Electrical Stimulation 査読有り

    Suzuki T, Watanabe T, Saura R, Uchiyama H

    Proceedings of the 15th IFESS Annual Conference　372-374　2010年9月

  74. Computer Simulation Tests of Feedback Error Learning Controller with IDM and ISM for Functional Electrical Stimulation in Wrist Joint Control 査読有り

    Takashi Watanabe, Yoshihiro Sugi

    Journal of Robotics　2010年6月

    DOI： 10.1155/2010/908132 　

  75. 簡易歩行評価のための足部ジャイロスコープによる健常者の歩行事象の解析 査読有り

    峯岸由佳, 渡邉高志, 古瀬則夫

    バイオメカニズム学会誌　34　(1)　63-67　2010年2月

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

    DOI： 10.3951/sobim.34.63 　

    ISSN：0285-0885

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    In this study, we aimed to realize a simplified method of gait evaluation using a wearable sensor system intended to be used in motor function rehabilitation or daily exercise for healthcare. This paper focused on gait event analysis by using a single gyroscope attached on the instep. Characteristic points such as a turning value or a zero-crossing of the angular velocity waveform measured with the gyroscope were compared with the actual time points of gait events (heel off, toe off, heel contact and foot flat) detected by aluminum electrode sets for normal speed and slow speed walking of three healthy subjects. By using detection rules that could be applied to the offline processing, more than 90% of the gait events were detected within the difference in detection time of 50ms. For the normal speed walking, more than 90% of the gait events were detected within the difference of 42ms by detection rules both in offline and real time processing. These results showed that the characteristic points of the angular velocity waveform corresponded well to the four gait events, allowing to be detected by a single sensor.

  76. A test of lower limb joint angle measurement method for wearable sensor system

    Hiroki Saito, Takashi Watanabe, Achmad Arifin

    Proc. of the 5th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　125-126　2010年2月

  77. A basic study on error-based parameter adjstment method for fuzzy FES controller using cycle-to-cycle control

    Mio Azegami, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    Proc. of the 5th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　127-128　2010年2月

  78. A feasibility study of vibrotactile warning for collision prevention in a driving simulator

    Makiko Sato, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    Proc. of the 5th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　129-130　2010年2月

  79. Improvement of feedback error learning controller for FES - a computer simulation test in wrist joint movements

    Keisuke Fukushima, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    Proc. of the 5th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　131-132　2010年2月

  80. Comparison of two gait models for describing stability of natural sit-to-stand

    Oscar David, Pena Cabra, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    Proc. of the 5th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　133-134　2010年2月

  81. A basic study on surface electrical stimulation system for motor rehabilitation

    Naoto Miura, Satoru Sugimoto, Takashi Watanabe, Kazunori Seki, Hiroshi Kanai

    Proc. of the 5th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　251-252　2010年2月

  82. Preliminary Test of Muscle Fatigue Evaluation Using M-Wave for Motor Rehabilitation with Electrical Stimulation 査読有り

    N.Miura, T.Watanabe, H.Kanai

    Proceedings of the 14th IFESS Annual Conference　99-101　2009年9月

  83. A Computer Simulation Test of the Improvement of FES Controller Using Feedback Error Learning Scheme on 2-DOF Wrist Joint Movements 査読有り

    Keisuke Fukushima, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    Proceedings of the 14th IFESS Annual Conference　113-116　2009年9月

  84. Preliminary Tests of a Practical Fuzzy FES Controller Based on Cycle-to-Cycle Control in the Knee Flexion and Extension Control 査読有り

    Takashi Watanabe, Tomoya Masuko, Achmad Arifin

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E92D　(7)　1507-1510　2009年7月

    DOI： 10.1587/transinf.E92.D.1507 　

    ISSN：0916-8532

  85. A Basic Study on Stimulation Pulse Width Determination for Dynamic Presentation of Electrocutaneous Sensation Patterns 査読有り

    Yuka Minegishi, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E92D　(6)　1328-1330　2009年6月

    DOI： 10.1587/transinf.E92.D.1328 　

    ISSN：0916-8532

  86. An Effective Method on Applying Feedback Error Learning Scheme to Functional Electrical Stimulation Controller 査読有り

    Takashi Watanabe, Kenji Kurosawa, Makoto Yoshizawa

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E92D　(2)　342-345　2009年2月

    DOI： 10.1587/transinf.E92.D.342 　

    ISSN：0916-8532

  87. Ankle and knee joint angle measurements during gait with wearable sensor system for rehabilitation 査読有り

    Hiroki Saito, Takashi Watanabe, Achmad Arifin

    IFMBE Proceedings　25　(9)　506-509　2009年

    DOI： 10.1007/978-3-642-03889-1-134 　

    ISSN：1680-0737

  88. A test of stride length measurement with an accelerometer and a gyroscope attached on the foot 査読有り

    T. Watanabe, Y. Minegishi

    IFMBE Proceedings　25　(9)　502-505　2009年

    DOI： 10.1007/978-3-642-03889-1-133 　

    ISSN：1680-0737

  89. A Basic Experiment of Different Pulse Width Stimulation for Information Presenting Method Using Dynamic Electro-cutaneous Sensation Patterns 査読有り

    Yuka Minegishi, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    International Symposium on Nano-Biomedical Engineering　102-103　2008年10月

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    Natonal Cheng Kung University, Tainan, Taiwan,

  90. A Preliminary Test of Modified Applying Methods of Feedback Error Learning for FES Control 査読有り

    Takashi Watanabe, Kenji Kurosawa

    Proceedings of the 13t IFESS Annual Conference　162-164　2008年9月

  91. Detection of Gait Phases with Piezoelectric Gyroscope under Different Walking Speed Conditions 査読有り

    Norio Furuse, Takashi Watanabe

    Proceedings of the 13t IFESS Annual Conference　97-99　2008年9月

  92. A feasibility study of fuzzy FES controller based on cycle-to-cycle control: An experimental test of knee extension control 査読有り

    Takashi Watanabe, Tomoya Masuko, Achmad Arifin, Makoto Yoshizawa

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E91D　(3)　865-868　2008年3月

    DOI： 10.1093/ietisy/e91-d.3.865 　

    ISSN：0916-8532

  93. Functional Electrical Stimulation (FES) for Motor Disabled Patients

    Takashi Watanabe

    Book of abstract, 3rd International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　35-42　2008年3月

  94. Application of Knowledge Engineering and Fuzzy System in Realizing Cycle-to-Cycle Control Method for Swing Phase of FES-induced Gait

    A. Arifin, T. Watanabe, T. Masuko

    Book of abstract, 3rd International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　43-51　2008年3月

  95. Cycle-to-Cycle制御法に基づくファジィFES制御器による膝関節制御の実験的検討 査読有り

    増子知也, 渡邉高志, Achmad Arifin, 吉澤 誠

    生体医工学　45　(4)　313-318　2007年12月

    DOI： 10.11239/jsmbe.45.313 　

  96. Basic Experiments of Physiological Properties for Information Presenting Method Using Dynamic Electro-cutaneous Sensation Patterns 査読有り

    Yuka Minegishi, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa

    International Journal of Bioelectromagnetism　9　(1)　30-31　2007年10月

  97. Evaluation of adaptation to visually induced motion sickness based on the maximum cross-correlation between pulse transmission time and heart rate 査読有り

    Norihiro Sugita, Makoto Yoshizawa, Makoto Abe, Akira Tanaka, Takashi Watanabe, Shigeru Chiba, Tomoyuki Yambe, Shin-ichi Nitta

    JOURNAL OF NEUROENGINEERING AND REHABILITATION　4　2007年9月

    DOI： 10.1186/1743-0003-4-35 　

    ISSN：1743-0003

  98. Gyro-Mouse for the Disabled: ‘Click’ and ‘Position’ Control of the Mouse Cursor 査読有り

    Gwang-Moon Eom, Kyeong-Seop Kim, Chul-Seung Kim, James Lee, Soon-Cheol Chung, Bongsoo Lee, Hiroki Higa, Norio Furuse, Ryoko Futami, Takashi Watanabe

    International Journal of Control, Automation, and Systems　5　(2)　147-154　2007年4月

    ISSN：1598-6446

    eISSN：2005-4092

  99. 表面電気刺激による動的感覚パターン提示を用いた情報伝達の実現可能性 査読有り

    佐藤由規, 渡邉高志, 吉澤 誠, 星宮 望

    バイオメカニズム学会誌　31　(1)　30-35　2007年2月1日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

    DOI： 10.3951/sobim.31.30 　

    ISSN：0285-0885

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    本論文では，文字や図形のように直感的に理解できるようなパターンを皮膚電気刺激による移動感覚で提示して情報を伝達する方式の実現可能性について検討を行った．最初に，パターン提示用電極を実験的検討に基づいて製作し，次に，基本的な16種類の提示パターンの認識実験を健常被験者で実施した．この結果から，パターン認識における間違いの一因として電気刺激感覚の残存の影響に着目し，移動感覚提示における提示パターン間の時間間隔を，実験的検討を実施して修正した．そして，これらの結果を基に修正した14種類の提示パターンを用いて認識実験を行った結果，6人中4人の健常被験者で70.7～90%の認識率が得られ，4種類の提示パターンだけであった過去の研究結果に対し，より多い提示パターン数に対して同等以上の良い認識率が得られることを示した．また，過去の実験と同様に斜め方向の移動を含まなければ，平均で90%程度の高い認識精度を期待できることも示した．これらの結果から，移動感覚による複数のパターンの識別が十分可能になると期待され，それを用いた情報提示が実現可能であると考えられる．

  100. An Experimental Test of Fuzzy Controller Based on Cycle-to-Cycle Control for FES-induced Gait: Knee Joint Control with Neurologically Intact Subjects 査読有り

    T. Watanabe, A. Arifin, T. Masuko, M. Yoshizawa

    11TH MEDITERRANEAN CONFERENCE ON MEDICAL AND BIOLOGICAL ENGINEERING AND COMPUTING 2007, VOLS 1 AND 2　16　(1-2)　647-+　2007年

    ISSN：1680-0737

  101. A Study on Sensing System of Lower Limb Condition with Piezoelectric Gyroscopes: Measurements of Joint Angles and Gait Phases 査読有り

    Norio Furuse, Takashi Watanabe

    11TH MEDITERRANEAN CONFERENCE ON MEDICAL AND BIOLOGICAL ENGINEERING AND COMPUTING 2007, VOLS 1 AND 2　16　(1-2)　689-+　2007年

    ISSN：1680-0737

  102. 片麻痺者の歩行遊脚期のcycle-to-cycle制御に基づくFES制御法：床反力を考慮したモデルシミュレーション 査読有り

    柴田 聡, 渡邉高志, Achmad Arifin, 吉澤 誠, 星宮 望

    生体医工学　44　(4)　687-695　2006年12月

    出版者・発行元： 社団法人日本生体医工学会

    DOI： 10.11239/jsmbe.44.687 　

    ISSN：1347-443X

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    ataOur previous computer simulation study showed that the fuzzy controller based on cycle-to-cycle control would be useful in controlling the swing phase of hemiplegic gate using functional electrical stimulation (FES). However, a simplified musculoskeletal model of a swing leg with the floor reaction force eliminated was used in the previous study. In this paper, a musculoskeletal model consisting of the stance and swing legs with a floor model was developed first. Then, the fuzzy controller for controlling the swing phase was examined using computer simulation of the developed model including the toe off and initial contact. Computer simulation results showed that the fuzzy controller and the stimulation schedule developed in our previous work were adequate, and that modifying the schedule considering the strength of the plantar flexion of the ankle joint would be more effective for improving responses at an early stage of control. A control method based on using electromyograms (EMGs)was also discussed. The fuzzy controller and a previously created EMG-based stimulation schedule, which was unable to control the swing phase, were modified by changing the role of the rectus femoris muscle. The modified fuzzy controller with a new EMG-based stimulation schedule was found to develop the swing phase movement appropriately.

  103. Gait Re-education System for Incomplete Spinal Cord Injured Patients -Measurement of Hip Joint Angle by Piezoelectric Gyroscope- 査読有り

    N.Furuse, T.Watanabe, N.Hoshimiya

    Proceedings of the 11th IFESS Annual Conference　228-230　2006年9月

  104. A basic study on upper limb control by FES using feedback error learning with IDM and ISM 査読有り

    Y.Sugi, T.Watanabe, K.Kurosawa, M.Yoshizawa, N.Hoshimiya

    Proceedings of the 11th IFESS Annual Conference　181-183　2006年9月

  105. A Basic Study of Fuzzy Controller for Cycle-to-Cycle Control of Knee Joint Movements of FES Swing: First Experimental test with a Normal Subject 査読有り

    T.Masuko, T.Watanabe, A.Arifin, M.Yoshizawa, N.Hoshimiya

    Proceedings of the 11th IFESS Annual Conference　172-174　2006年9月

  106. Nonlinear FES control of knee joint by inversely compensated feedback system 査読有り

    GM Eom, JK Lee, KS Kim, T Watanabe, R Futami

    INTERNATIONAL JOURNAL OF CONTROL AUTOMATION AND SYSTEMS　4　(3)　302-307　2006年6月

    ISSN：1598-6446

  107. Design of fuzzy controller of the cycle-to-cycle control for swing phase of hemiplegic gait induced by FES 査読有り

    A Arifin, T Watanabe, N Hoshimiya

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E89D　(4)　1525-1533　2006年4月

    DOI： 10.1093/ietisy/e89-d.4.1525 　

    ISSN：0916-8532

  108. A Test of Stimulation Schedules for the Cycle-to-Cycle Control of Multi-joint Movements in Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait 査読有り

    Achamad Arifin, Takashi Watanabe, Makoto Yoshizawa, N.Hoshimiya

    バイオメカニズム学会誌　30　(1)　31-35　2006年2月

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

    DOI： 10.3951/sobim.30.31 　

    ISSN：0285-0885

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    This paper described a computer simulation test of six different stimulation schedules for the cycle-to-cycle control of swing phase of functional electrical stimulation (FES) induced hemiplegic gait. The stimulation schedules were evaluated in controlling the hip, the knee and the ankle joint movements on the point of view of acceptable quality of the gait that was similar to the natural gait pattern. Five stimulation schedules were knowledge-based stimulation schedules and one stimulation schedule was an EMG-based stimulation schedule. Two acceptable stimulation schedules were found by the evaluation. Results of this study showed that combination of the timing pattern of muscle activation and knowledge of joint movements and muscle function is necessary in design of stimulation schedule for FES gait. Co-activation of the ilopsoas, the hamstrings and the vastus muscle at the beginning of swing phase and that of the tibialis anterior and the soleus at the end of swing phase were found to be effective in controlling swing phase. The knowledge-based generation of stimulation schedule would be effective and necessary in clinical application.

  109. 異なる信号入力を有する人工神経回路群の出力に対する演算処理による特徴的動作の認識法の検討 査読有り

    渡邉高志, 藤原大樹, 村上 肇, 古瀬則夫, 吉澤 誠, 星宮 望

    生体医工学　43　(4)　544-550　2005年12月

    出版者・発行元： 日本生体医工学会

    DOI： 10.11239/jsmbe.43.544 　

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    This paper studies improvement of the clinical practicality of the control command input method for motor disabled patients using the recognition of specific motions via an artificial neural network (ANN). Several good ANNs that had different combinations of input signals and/or different number of neurons in the hidden layer were selected for each subject. The final recognition was determined by the majority decision rule by three good ANNs. The AND operation of the outputs of selected ANNs was also used to reduce the number of misrecognitions. The results with neurologically intact subjects and a hemiplegic patient showed that the proposed method would be effective clinically compared to the method using a single ANN with a fixed combination of input signals for all patients. It was also shown that trained ANNs with the proposed method could be used on other days with good performance.

  110. 圧電式ジャイロスコープを用いた下肢関節角度の簡易計測法 査読有り

    古瀬則夫, 渡邉高志, 星宮 望

    生体医工学　43　(4)　538-543　2005年12月

    出版者・発行元： 社団法人日本生体医工学会

    DOI： 10.11239/jsmbe.43.538 　

    ISSN：1347-443X

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    The joint angles of the lower limbs are important parameters in evaluating the ability and stability of walking when training to walk or control FES gait. In this study, a simplified measurement method for lower limb joint angles that uses gyroscopes attached to the thigh, the shank and the foot is proposed. The method was examined by measuring the leg joint angles of three neurologically intact subjects when walking. The results showed a high correlation between the joint angles measured with the commercially available electric goniometer and those by the proposed method. Appropriate attachment positions of the sensors were also suggested from the experimental results. The proposed simplified measurement method for lower limb joint angles is expected to be effective for walking training or FES gait restoration at clinical sites.

  111. Joint angle control by FES using a feedback error learning controller 査読有り

    K Kurosawa, R Futami, T Watanabe, N Hoshimiya

    IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL SYSTEMS AND REHABILITATION ENGINEERING　13　(3)　359-371　2005年9月

    DOI： 10.1109/TNSRE.2005.847355 　

    ISSN：1534-4320

  112. Computer simulation test of fuzzy controller for the cycle-to-cycle control of knee joint movements of swing phase of FES gait 査読有り

    A Arifin, T Watanabe, N Hoshimiya

    IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS　E88D　(7)　1763-1766　2005年7月

    DOI： 10.1093/ietisy/e88-d.7.1763 　

    ISSN：0916-8532

  113. A test of multichannel closed-loop FES control on the wrist joint of a hemiplegic patient 査読有り

    Watanabe T, Matsudaira T, Hoshimiya N, Handa Y

    Proceedings of the 10th IFESS Annual Conference　56-58　2005年7月

  114. COMPUTER SIMULATION FOR MULTICHANNEL CLOSED-LOOP FES CONTROL OF THE WRIST JOINT 査読有り

    T. Watanabe, M. Otsuka, M. Yoshizawa, N. Hoshimiya

    Proceedings of 8th Vienna International Workshop on Functional Electrical Stimulation　138-141　2004年9月

  115. Gait Re-education System for Incomplete Spinal Cord Injured Patients - Measurement of Leg Joint Angles by Piezoelectric Gyroscope - 査読有り

    Norio Furuse, Takashi Watanabe, Nozomu Hoshimiya

    Proceedings of the 9th IFESS Annual Conference　395-397　2004年9月

  116. Wearable data collection system for online gait stability analysis 査読有り

    T Karcnik, T Watanabe, R Futami, N Hoshimiya

    NEUROMODULATION　7　(3)　223-229　2004年7月

    DOI： 10.1111/j.1094-7159.2004.04202.x 　

    ISSN：1094-7159

  117. Gait Re-education System for Incomplete Spinal Cord Injured Patients - Development of Gait Measurement System - 査読有り

    N.Furuse, T.Watanabe, I.Cikajo, T.Bajd, N.Hoshimiya

    Proceedings of the 8th IFESS Annual Conference　198-201　2003年7月

  118. Feedback Error Learning for Controlling 1-DOF Joint Angle: Model Simulation and Experiment 査読有り

    K.Kurosawa, R.Futami, T.Watanabe, N.Hoshimiya

    Proceedings of the 8th IFESS Annual Conference　65-68　2003年7月

  119. A method of multichannel PID control of two-degree-of-freedom wrist joint movements by functional electrical stimulation 招待有り

    Takashi Watanabe, Kan Iibuchi, Kenji Kurosawa, Nozomu Hoshimiya

    Systems and Computers in Japan　34　(5)　25-36　2003年5月

    DOI： 10.1002/scj.10298 　

    ISSN：0882-1666

  120. FESを使用する片麻痺者のための下肢動作からの人工神経回路による制御命令検出 査読有り

    渡邉高志, 山岸史歩, 村上 肇, 古瀬則夫, 星宮 望

    電子情報通信学会論文誌　J86-D-II　(2)　371-375　2003年2月

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN：0915-1923

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    片麻痺者が機能的電気刺激(FES)システムを使用する際には,上肢を使わずに制御命令を入力できることが望まれる.本論文では,健側下肢で行う特徴的な動作を加速度計で計測して人工神経回路により認識する方法の利用可能性を検討した.健常者の1回の動作での認識率は平均で76.8%であったが,どの動作も認識しなかった場合に再入力を行うと仮定し,再入力を含めた場合の認識率を1回の動作での認識率と末認識率から計算した結果,3回以内の動作で正しく認識できる確率は平均で92.4%になると推定された.片麻痺者では,使用条件,特徴動作の選択等の検討課題が残されたが,本手法が上肢を使わずに制御命令を与える方法として有効であることが確認された.

  121. An approach to real-time parameter determination of the multichannel closed-loop FES controller 査読有り

    T Watanabe, T Matsudaira, K Kurosawa, N Hoshimiya, Y Handa

    IEEE EMBS APBME 2003　232-233　2003年

  122. Fuzzy controller for cycle-to-cycle control of swing phase of FES-induced hemiplegic gait: A computer simulation in two-joints control 査読有り

    A Arifin, T Watanabe, N Hoshimiya

    PROCEEDINGS OF THE 25TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOLS 1-4　25　1519-1522　2003年

    ISSN：1094-687X

  123. Pitch pattern generation using multispace probability distribution HMM 査読有り

    Hironori Nakatani, Takashi Watanabe, Shigeo Ohba, Nozomu Hoshimiya

    Systems and Computers in Japan　33　(6)　62-72　2002年6月15日

    DOI： 10.1002/scj.1133 　

    ISSN：0882-1666

  124. Classification of nerve action potentials for estimation of sensory unit activity

    Hironori Nakatani, Takashi Watanabe, Shigeo Ohba, Nozomu Hoshimiya

    Systems and Computers in Japan　33　(6)　44-52　2002年6月15日

    出版者・発行元： Wiley

    DOI： 10.1002/scj.1131 　

    ISSN：0882-1666

    eISSN：1520-684X

  125. 電流刺激による皮膚受容感覚の安定化のための絶対閾値と皮膚インピ-ダンスの関連性の検討 査読有り

    渡辺高志, 渡辺俊一, 吉野和宏, 二見亮弘, 星宮 望

    バイオメカニズム　16　61-73　2002年6月

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

    DOI： 10.3951/biomechanisms.16.61 　

    ISSN：1348-7116

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    This study focused on stabilizing the sensations elicited by electrical stimulation applied to the skin through surface electrodes, a technique widely used in sensory feedback research. The relationship between absolute threshold (the minimum stimulus amplitude that causes sensation) and the parameters of an electrical equivalent circuit for skin impedance was examined with neurologically intact subjects. Electric current pulse stimulation at 100 Hz frequency and pulse widths between 0.08 and 0.5 ms was used to elicit a cutaneous sensation. The electrical equivalent circuit for skin impedance consisted of resistance Rp and capacitance Cp connected in parallel, plus resistance Rs connected in series to both.<BR>First, we estimated the parameters of the equivalent circuit by the skin impedance measured with sinusoidal signals (Rps and Cps), and we examined their relevance to the absolute threshold. For Ag-AgCl electrodes used with electroconductive paste, variations over time of the frequency characteristics of Rps and Cps were found to be similar to the changes caused by repeatedly stripping the skin. Values of Cps and Rps at 10 Hz were found to relate to the absolute threshold with high correlation coefficients. For a solid-gel Ag-AgCl electrode, changes of absolute threshold, Rps and Cps caused by increasing size of the solid-gel electrode were similar to variations over time obtained using electrodes with electroconductive paste. Correlations between the threshold and values of Rps and Cps at 10 Hz were also observed.<BR>Next, we estimated the parameters of the equivalent circuit by measuring stimulus pulse current and voltage waves of square-wave stimulus pulses using solid-gel electrodes (Rps and Cpr). We then examined their relevance to the absolute threshold. The absolute threshold increased with repeated electrical stimulation to the skin and decreased after adequate rest with no electrical stimulation. The value of Rpr decreased with repeated electrical stimulation and increased after rest, while the value of Cpr did not change. These variations became minor after preparation of the skin for removing the stratum corneum. A significant correlation between Rpr and the absolute threshold was observed. These results show that electrical stimulation to the stratum corneum affects both absolute threshold and skin impedance; they also indicate that real-time evaluation is important for stabilizing cutaneous sensation elicited by electrical stimulation.<BR>The relevance of Rp to the threshold was shown in both methods that were used to estimate the parameters. Possible reasons for decreasing Rp were an increase of ionic conductivity due to osmosis of electroconductive paste into the stratum corneum or an increase of electric charge in the stratum corneum due to charge transfer by electrical stimulation through the skin. The increase of the threshold amplitude was considered to be the result of broadened current path due to increases of ionic or electric conductivities in the stratum corneum. It is necessary to clarify the mechanism of the relationship between the threshold and impedance parameters in order to develop a technique for stabilizing electrocutaneous sensation.

  126. Wrist Joint Control by Multichannel Closed-loop FES system: System Construction and First Clinical Test 査読有り

    T.Watanabe, T.Matsudaira, K.Kurosawa, T.Fujii, R.Futami, N.Hoshimiya, M.Ichie

    Proceedings of the 7th IFESS Annual Conference　265-267　2002年6月

  127. Training of Stance Phase during FES Assisted Walking - Detection of Stance Phase by Artificial Neural Network - 査読有り

    N.Furuse, I.Cikajo, T.Bajd, T.Watanabe, N.Hoshimiya

    Proceedings of the 7th IFESS Annual Conference　63-65　2002年6月

  128. Wearable System For Gait Stability Analysis 査読有り

    T.Karcnik, T.Watanabe, R.Futami, N.Hoshimiya

    Proceedings of the 7th IFESS Annual Conference　37-39　2002年6月

  129. 機能的電気刺激による手関節2自由度運動の多チャネルPID制御法 査読有り

    渡辺高志, 飯渕 寛, 黒沢健至, 星宮 望

    電子情報通信学会論文誌　J85-D-II　(2)　319-328　2002年2月

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN：0916-8532

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    In restoration of paralyzed extremities by functional electrical stimulation (FES), stimulus intensity determination has an ill-posed problem because of redundancy of input-output relationship of the musculoskeletal system. We proposed a multi-inputs and -outputs PID controller and a parameter determination method of the controller. The controller was examined in controlling two-degree of freedom of wrist joint movements with neurologically intact subjects. Electrical stimulation was applied to four muscles through surface electrodes. The new method could provide a method of solving the ill-posed problem and was effective for multichannel closed-loop control of the wrist joint.

  130. Development of a Closed-loop FES System Using 3-D Magnetic Position and Orientation Measurement System 査読有り

    Kenji Kurosawa, Takashi Watanabe, Ryoko Futami, Nozomu Hoshimiya, Yasunobu Handa

    JOURNAL OF AUTOMATIC CONTROL　12　23-30　2002年

  131. Gradual potentiation of isometric muscle force during constant electrical stimulation 査読有り

    GM Eom, T Watanabe, N Hoshimiya, G Khang

    MEDICAL & BIOLOGICAL ENGINEERING & COMPUTING　40　(1)　137-143　2002年1月

    DOI： 10.1007/BF02347707 　

    ISSN：0140-0118

  132. 電気刺激による筋張力の推定におけるM波と筋内局所酸素代謝の利用の基礎的検討 査読有り

    渡辺高志, 星宮 望

    生体医工学　40　(2)　67-73　2002年

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.40.67 　

    ISSN：0021-3292

  133. Detection of nerve action potentials under low signal-to-noise ratio condition 査読有り

    H Nakatani, T Watanabe, N Hoshimiya

    IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING　48　(8)　845-849　2001年8月

    DOI： 10.1109/10.936360 　

    ISSN：0018-9294

  134. A Method for Solving ill-posed Problem in Multichannel Closed-loop FES Control 査読有り

    Takashi Watanabe, Kan Iibuchi, Kenji Kurosawa, Ryoko Futami, Nozomu Hoshimiya

    Proceedings of the 6th IFESS Annual Conference　306-308　2001年6月

  135. Enhancement in muscle force during and after tetanic stimulation 査読有り

    GM Eom, T Watanabe, N Hoshimiya, G Khang, JH Yi, GR Tack

    MEDICON 2001: PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL FEDERATION FOR MEDICAL & BIOLOGICAL ENGINEERING, PTS 1 AND 2　677-679　2001年

  136. Recognition of lower limb movements by artificial neural network for restoring gait of hemiplegic patients by functional electrical stimulation 査読有り

    T Watanabe, S Yamagishi, H Murakami, N Furuse, N Hoshimiya, Y Handa

    PROCEEDINGS OF THE 23RD ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOLS 1-4　23　1348-1351　2001年

    ISSN：1094-687X

  137. 感覚単位の活動推定を目的とした神経活動電位の分類 査読有り

    中谷裕教, 渡辺高志, 大庭茂男, 星宮 望

    電子情報通信学会論文誌　J83-D-II　(12)　2841-2849　2000年12月

  138. FES制御のための筋疲労評価におけるダブルパルスに関連するM波の利用可能性 査読有り

    渡辺高志, 三浦尚人, 星宮 望, 半田康延

    医用電子と生体工学　38　(1)　42-48　2000年3月

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.38.42 　

  139. Computer-aided generation of stimulation data and model identification for functional electrical stimulation (FES) control of lower extremities 査読有り

    G.Eom, T.Watanabe, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa

    Frontiers of Medical and Biological Engineering　10　(3)　213-231　2000年

    DOI： 10.1163/15685570052062693 　

  140. Analysis of a Normal Subject’s Standing-up for Comparison with Computer Generated FES Stimulation Data. 査読有り

    G.Eom, T.Watanabe, K.Kunugiyama, S.Ohba, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa

    Proc. 21st Ann. Int. Conf. IEEE Eng. in Med. and Biol. Soc.　601　1999年10月

  141. Classification of action potentials recorded from peripheral nerves with cuff electrodes 査読有り

    H.Nakatani, T.Watanabe, S.Ohba, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa

    Proc. 21st Ann. Int. Conf. IEEE Eng. in Med. and Biol. Soc.　484　1999年10月

  142. Automatic Classification of Nerve Action Potentials Recorded from Peripheral Nerves with Cuff Electrodes for a Closed-loop Functional Electrical Stimulation System 査読有り

    H.Nakatani, T.Watanabe, S.Ohba, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa

    Proc. 4th Ann. Conf. Int. FES Soc.　85-88　1999年8月

  143. A Physiologically Based Non-linear Muscle Activation Model of Variable Stimulation Frequency Response 査読有り

    O.Gonzalo, T.Watanabe, R.Futami, N.Hoshimiya

    Proc. 4th Ann. Conf. Int. FES Soc.　109-112　1999年8月

  144. Feedback FES Control Using Jacobian Matrix of the Musculoskeletal System: Experiments on the Wrist with Four Muscles of Normal Subjects 査読有り

    T.Watanabe, K.Iibuchi, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa

    Proc. 4th Ann. Conf. Int. FES Soc.　295-298　1999年8月

  145. Control-command Detection for FES using Residual Specific Movement 査読有り

    N.Furuse, T.Watanabe, S.Ohba, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa

    Proc. 4th Ann. Conf. Int. FES Soc.　319-322　1999年8月

  146. A Basic Study of Long-Term Force Potentiation during Constant Stimulation for Use in Prediction of FES-Induced Movement 査読有り

    G.Eom, T.Watanabe, R.Futami, N.Hoshimiya, Y.Handa

    Proc. 4th Ann. Conf. Int. FES Soc.　323-326　1999年8月

  147. 運動機能麻痺者の残存運動機能を用いた制御命令入力システム 査読有り

    古瀬則夫, 渡辺高志, 二見亮弘, 星宮 望, 半田康延

    医用電子と生体工学　37　(2)　152-160　1999年6月

    出版者・発行元： 日本エム・イー学会

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.37.152 　

    ISSN：0021-3292

  148. An approach to a muscle model with a stimulus frequency-force relationship for FES applications 査読有り

    T. Watanabe, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa

    IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering　7　(1)　12-18　1999年3月

    出版者・発行元： IEEE

    DOI： 10.1109/86.750545 　

    ISSN：1063-6528

  149. A Possibility of Using M-waves Evoked by Double Pulses for Evaluating Muscle Fatigue on FES Control 査読有り

    Takashi Watanabe, Naoto Miura, Tatsufumi Kamimura, Shigeo Ohba, Ryoko Futami, Nozomu Hoshimiya, Yasunobu Handa

    Proceedings of the 3rd Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society　CD-ROM　1998年9月

  150. FESによる起立のための計算機モデルと刺激デ-タ作成法の基礎検討 査読有り

    嚴 光文, 渡辺高志, 二見亮弘, 星宮 望, 半田康延

    医用電子と生体工学　36　(1)　22-31　1998年3月

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.36.22 　

  151. Experimental tests of a musculoskeletal model of the elbow joint for FES applications

    Takashi Watanabe, Tsuneyuki Nozawa, Gwang Moon Eom, Shigeo Ohba, Ryoko Futami, Nozomu Hoshimiya, Yasunobu Handa

    Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings　5　2594-2597　1998年

    出版者・発行元： IEEE

    ISSN：0589-1019

  152. Experimental tests of a musculoskeletal model of the elbow joint for FES applications 査読有り

    T Watanabe, T Nozawa, GM Eom, S Ohba, R Futami, N Hoshimiya, Y Handa

    PROCEEDINGS OF THE 20TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOL 20, PTS 1-6　20　2594-2597　1998年

    ISSN：1094-687X

  153. FES用経皮電極の埋め込み後の評価法 査読有り

    大庭茂男, 渡辺高志, 二見亮弘, 星宮 望, 半田康延

    医用電子と生体工学　35　(3)　320-324　1997年9月

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.35.320 　

  154. 機能的電気刺激のための人工神経回路を用いた刺激パタ-ン生成に関する基礎研究 査読有り

    村上 肇, 町野 保, 渡辺高志, 二見亮弘, 星宮 望, 半田康延

    医用電子と生体工学　35　(4)　407-413　1997年9月

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.35.407 　

  155. Stimulus Frequency-Force Relation in Muscle Model for FES Applications 査読有り

    Takashi Watanabe, Tsuneyuki Nozawa, Gwang-Moon Eom, Shigeo Ohba, Ryoko Futami, Nozomu Hoshimiya, Yasunobu Handa

    Proceedings of the Second Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society and Fifth Triennial Conference Neural Prostheses: Motor Systems 5　109-112　1997年8月

  156. Basic study on computer model and stimulation data generation for FES

    G. Eom, T. Watanabe, T. Nozawa, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa

    Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings　5　1970-1973　1997年

    出版者・発行元： IEEE

    ISSN：0589-1019

  157. A stimulus frequency-controlled muscle model for FES simulator 査読有り

    T Watanabe, S Ohba, R Futami, N Hoshimiya, Y Handa

    PROCEEDINGS OF THE 18TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOL 18, PTS 1-5　18　551-552　1997年

  158. Evaluation of percutaneous electrode after implantation for FES 査読有り

    S Ohba, T Watanabe, R Futami, N Hoshimiya, Y Handa

    PROCEEDINGS OF THE 18TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOL 18, PTS 1-5　18　333-334　1997年

  159. A basic study on computer model and stimulation data generation for FES 査読有り

    G Eom, T Watanabe, T Nozawa, S Ohba, R Futami, N Hoshimiya, Y Handa

    PROCEEDINGS OF THE 19TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOL 19, PTS 1-6　19　1970-1973　1997年

    ISSN：1094-687X

  160. Development of Multi-Channel Implantable Functional Electrical Stimulation (FES) System for Clinical Usage 査読有り

    Nozomu Hoshimiya, Hiroki Higa, Takashi Watanabe, Hajime Murakami, Ryoko Futami, Hidetoshi Matsuki, Yasutaka Iguchi, Yasunobu Handa, Koro Takahashi, Takashi Furukawa, Yoshikazu Ogasawara, Takashi Shimotomai

    Medical & Biological Engineering & Computing　34　(Supplement 1)　281-282　1996年6月

  161. 速筋・遅筋特性を考慮したFES制御のための刺激周波数-張力特性の計測 査読有り

    渡辺高志, 森田健司, 村上肇, 星宮望, 半田康延

    医用電子と生体工学　34　(1)　47-51　1996年

    出版者・発行元： 日本ME学会

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.34.47 　

    ISSN：0021-3292

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    Functional Electrical Stimulation (FES) is one of effective methods for restoring motor functions of paralyzed extremities. A portable multi-channel FES system for clinical application was developed by our research group in Japan. In the FES system, muscle contraction is controlled by amplitude modulation of stimulus pulse trains with constant pulse width (0.2ms) and stimulus frequency (20Hz). This method, however, does not consider the muscle activation in the normal body such as recruitment order of the motor unit and variation of firing rate. The purposes of this study are to form an FES control method having capability of dealing with different muscle properties and to improve control ability of the FES system. As the FES control method considering muscle property and having improved control ability, we use an amplitude modulation method with pulse frequency modulation. In this paper, the difference between fast and slow muscle responses at various stimulus frequencies was investigated with rabbits. The response of muscle was force at the ankle joint under the isometric condition, when electrical stimulation was applied to the common peroneal nerve for the fast muscle (m. tibialis anterior) and the tibial nerve for the slow muscle (m. triceps sirae). First, force of electrically stimulated muscles was examined by the fusion index in order to evaluatefast and slow muscle propertoes. Then the properties of force versus frequency were studied. It was made clear from results that the fast muscle developed ,uch larger force than the slow muscle did when stimulus frequency was increased. And more, the fast muscle increased force steeply as the frequency was increased, while the slow muscle increased force gently. These results will be considered as a useful information, when a new FES control method will be made up.

  162. FESにおける刺激パタ-ン修正方式に関する検討 査読有り

    黒沢健至, 村上 肇, 渡辺高志, 二見亮弘, 星宮 望, 半田康延

    医用電子と生体工学　34　(2)　103-110　1996年

    出版者・発行元： 日本ME学会

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.34.103 　

    ISSN：0021-3292

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    Functional Electrical Stimulation (FES) is efficient for restoring motor functions of paralyzed extremities by upper motor neuron disorders. An adequate set of time series of stimulus intensity to each muscle is necessary to restore desired motion by FES. With regard to the system commercially available in Japan, stimulus data that we call "stimulation patterns" are prepared and stored into the system before restoration. If patients wish to realize much better motion, it is desirable to modify the stimulation patterns. Considering their independent lives, it is very important to modify the patterns by themselves. The purpose of this study is to develop a new FES system with modification capability of the shapes of stimulation patterns. Since numerous patients have little medical knowledge about musculoskeletal system, the FES system was designed to be operated by selecting simple commands (for example, "upward"). First of all, we proposed an adjustment method of stimulus voltage using a generalized inverse matrix of the matrix describing muscles' function. Secondly, based experimental results to control wrist of normal subjects showed that stimulus voltages to multi-muscles were adjusted with this method. Thirdly, we developed a system that cloud modify stimulation patterns with the simple commands on these experimental bases. Experimental results of controlling normal subjects' wrist angles show that the user cloud modify stimulation patterns with this system.

  163. FES control of wrist joint angles based on the interpolation of stimulus-angle characteristics

    T. Machino, H. Murakami, T. Watanabe, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa

    Proceedings of the 2nd International FES Symposium　174-180　1995年10月

  164. FES Simulator for Optimizing Control Method: Basic Concepts and A Preliminary Musculotendon Model

    Takashi Watanabe, Hajime Murakami, Shigeo Ohba, Ryoko Futami, Nozomu Hoshimiya, Yasunobu Handa

    Proceedings of the 2nd International FES Symposium　84-90　1995年10月

  165. Fail-Safe Circuits for Implantable FES System -Error Detecting and Correcting Circuits-

    H. Higa, T. Watanabe, H. Murakami, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa

    Proceedings of the 2nd International FES Symposium　78-83　1995年10月

  166. A Basic Study on an FES Control Method Considering Fast and Slow Muscle Characteristics 査読有り

    K. Morita, T. Watanabe, H. Murakami, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa

    Proceedings of the 17th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society　CD-ROM　1995年9月

  167. 機能的電気刺激(FES)システムの制御命令としての舌動作の検討 査読有り

    村上肇, 森田健司, 渡辺高志, 星宮望, 半田康延

    医用電子と生体工学　33　(4)　365-369　1995年

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.33.365 　

    ISSN：0021-3292

  168. 機能的電気刺激(FES)システムの制御命令としての耳介動作の検討 査読有り

    真狩弘夫, 村上肇, 渡辺高志, 星宮望, 半田康延

    医用電子と生体工学　32　(2)　121-128　1994年

    DOI： 10.11239/jsmbe1963.32.121 　

    ISSN：0021-3292

  169. A BASIC STUDY ON SIMULTANEOUS STIMULATION TO THE ANTAGONISTIC MUSCLE PAIR BY FES - FORCE MEASUREMENT AT DIFFERENT MUSCLE LENGTHS 査読有り

    T WATANABE, H MURAKAMI, S OHBA, R FUTAMI, N HOSHIMIYA, Y HANDA

    PROCEEDINGS OF THE 16TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY - ENGINEERING ADVANCES: NEW OPPORTUNITIES FOR BIOMEDICAL ENGINEERS, PTS 1&2　440-441　1994年

  170. Basic Study of the AuricuLar Movement as a Control Command for FES System -Learning Method of Voluntary Movement of the Auricula- 査読有り

    H. Makari, T. Watanabe, H. Murakami, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa

    Proceedings of the 15th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society　1270-1271　1993年10月

  171. Estimation of the Patellar Ligament Tension for FES Standing 査読有り

    N. Yamashita, K. Fujita, H. Murakami, T. Watanabe, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa, M. Ichie

    Proceedings of the 15th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society　1338-1339　1993年10月

  172. Fundamental Study on the Restoration of the Body Movement by Functional Electrical Stimulation (FES) -Part 3 : EMG Measurement for Elemental and Combined Motions of the Body- 査読有り

    Yukinori Matsushita, Hajime Murakami, Takashi Watanabe, Shigeo Ohba, Ryoko Futami, Nozomu Hoshimiya, Yasunobu Handa

    Proceedings of the 15th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society　1340-1341　1993年10月

  173. RESPONSE OF THE ANTAGONISTIC MUSCLE PAIR BY SIMULTANEOUS STIMULATION

    T. Watanabe, H. Murakami, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, Y. Handa

    Proceedings of the 1st International FES Symposium　30-35　1992年7月

  174. Basic Study of Peripheral Nerve Stimulation with Cuff Electrodes Part 3: Electrical Stimulation with a Slowly-rising Semi-rectangular Pulse

    T. Yasui, T. Watanabe, H. Murakami, S. Ohba, R. Futami, N. Hoshimiya, H. Takahashi, Y. Handa

    Proceedings of the 1st International FES Symposium　58-63　1992年7月

  175. RESPONSE OF THE NEUROMUSCULAR SYSTEM BY SIMULTANEOUS STIMULATION TO THE ANTAGONISTIC MUSCLE PAIR 査読有り

    N HOSHIMIYA, T WATANABE, H MURAKAMI, S OHBA, R FUTAMI, Y HANDA

    PROCEEDINGS OF THE ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOL 14, PTS 1-7　14　1469-1470　1992年

  176. 分布旋光能を有する液晶ド-プのプラスチックバルクによる可変偏光板 査読有り

    山本宏樹, 渡辺高志, 武藤真三, 伊藤洋

    電子情報通信学会論文誌　J72-C-I　(6)　361-364　1989年6月

    出版者・発行元： 電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ

    ISSN：0915-1893

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MISC 79

  1. 携帯型歩行リハビリテーションシステムの片麻痺者の日常生活歩行への応用に関する基礎的検討 (MEとバイオサイバネティックス)

    森田 竜生, 渡邉 高志

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報　116　(312)　35-38　2016年11月18日

    出版者・発行元： 電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

  2. 日常生活における自由歩行評価のための慣性センサを用いた膝関節角度の計測に関する基礎的検討 (MEとバイオサイバネティックス)

    海老原 匠, 塩谷 真帆, 渡邉 高志

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報　116　(312)　29-34　2016年11月18日

    出版者・発行元： 電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

  3. FESによる麻痺肢の運動制御とそのリハビリテーション応用に向けて

    渡邉高志

    電気学会誌　136　(10)　670-673　2016年10月

    出版者・発行元： 一般社団法人 電気学会

    DOI： 10.1541/ieejjournal.136.670 　

    ISSN： 1340-5551

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    <p>1．はじめに 機能的電気刺激（FES）は，脊髄損傷や脳血管障害に起因する運動機能麻痺者の動作を再建する技術として注目され，臨床的にも有効性が確認されてきた（1）。しかしながら，電気刺激に対する筋骨格系の応答が複雑であることや，動作を実現するために必要な筋が多く，実用的な</p>

  4. 足こぎ車いすのFES走行制御のためのEMG信号に基づく刺激開始タイミングに関する検討 (MEとバイオサイバネティックス)

    只野 卓巳, 渡邉 高志

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報　115　(317)　1-4　2015年11月20日

    出版者・発行元： 電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

  5. 片麻痺患者でのFESを用いた足こぎ車いすリハビリテーションの効果に関する基礎的検討 (MEとバイオサイバネティックス)

    柄澤 勇太, 塩谷 真帆, 只野 卓巳, 渡邉 高志, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報　114　(514)　85-88　2015年3月16日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    我々の研究グループでは,市販の足こぎ車いすと機能的電気刺激(FES)を組み合わせたリハビリテーションシステムの開発を行っている.しかし,FESを用いた足こぎ車いす走行のリハビリテーションの効果についての検証は不十分であった.そこで本報告では,片麻痺者を被験者とし,足こぎ車いす走行前後の歩行の比較を行い,足こぎ車いす走行のリハビリテーション効果について基礎的検討を行った.その結果,随意走行は,片麻痺者の足関節背屈の改善に寄与する可能性があると示唆されたが,FES補助走行では筋疲労の影響により効果が明確にならなかった.今後は,筋疲労の影響が少なくなるような実験条件で走行試験を行い,FES補助走行によるリハビリテーション効果についてさらに検討することが課題である.

  6. A basic study on analyzing acceleration of crank rotation for evaluation of FES cycling with cycling wheelchair

    Yuta Karasawa, Takashi Watanabe, Yasunobu Handa

    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering　52　27-O-28　2014年8月17日

    出版者・発行元： Japan Soc. of Med. Electronics and Biol. Engineering

    DOI： 10.11239/jsmbe.52.O-27 　

    ISSN： 1347-443X 1881-4379

  7. A basic study on estimation of foot dorsiflexion movement during walking from measurement in sitting position for FES-assisted foot drop correction

    Maho Shiotani, Takashi Watanabe, Shun Endo, Katsunori Murakami, Yoshimi Kumagai, Naomi Kuge

    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering　52　25-O-26　2014年8月17日

    出版者・発行元： Japan Soc. of Med. Electronics and Biol. Engineering

    DOI： 10.11239/jsmbe.52.O-25 　

    ISSN： 1347-443X 1881-4379

  8. 慣性センサを用いた下肢角度計測に関する検討 : 健常者での通常歩行およびぶん回し歩行による評価 (MEとバイオサイバネティックス)

    照山 裕太, 渡邉 高志

    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報　113　(499)　19-24　2014年3月17日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    我々の研究グループでは,慣性センサを用いた下肢角度計測システムの開発を行ってきた.これまで,運動軸と対応する1軸の角速度成分の積分に基づく角度計測法を用いて,健常者の通常歩行を実用的な精度で計測できることを確認した.しかし,片麻痺者のぶん回し歩行などの3次元的な歩行運動の計測精度については,これまで評価が十分になされていない.本報告では,3次元的な歩行運動の安定した精度での計測を実現するため,これまで用いてきた角速度積分に基づく手法に加え,3軸の角速度成分全てを用いるクォータニオンに基づく角度計測法を導入した.健常者の通常歩行およびぶん回し歩行における下肢角度を3次元動作解析装置と同時計測することで,計測精度の評価を行い,クォータニオンに基づく角度計測手法の3次元的な歩行計測に対する有効性を示唆する結果を得た.

  9. FES足漕ぎ車椅子における走行速度に基づく刺激タイミングの検討 (MEとバイオサイバネティックス)

    村上 卓弥, 大橋 研斗, 渡邉 高志, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報　112　(479)　65-68　2013年3月13日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    本研究では,対麻偉者のリハビリテーション支援を目的として,足漕ぎ車椅子のための簡易かつ実用的なFES制御系の開発を進めている.これまでに,市販の足漕ぎ車椅子(Profhand,TESS)に対して簡易なFES制御システムを構築し,有効な被刺激筋を決定したが,随意走行時と比較した場合に,走行速度が低く,不安定であるといった問題点があった.本報告では,筋の電気刺激に対する反応性に着目し,走行速度と被験者毎の反応時間を考慮した刺激タイミングを提案した.健常者において,以前の固定刺激タイミングとの比較実験を行なった結果,全ての被験者において速度上昇,速度の安定化が確認された.

  10. 慣性センサを用いた下肢3次元運動の計測に関する検討 : 剛体リンクモデルによる評価 (MEとバイオサイバネティックス)

    大橋 研斗, 渡邉 高志

    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報　112　(479)　69-74　2013年3月13日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    我々の研究グループでは,これまで,慣性センサを用いて下肢関節角度を計測するシステムを開発してきた.しかし現在のシステムでは,角速度の積分に基づく角度計測法を用いており,健常者の歩行における矢状面内の角度計測については評価してきているが,前額面の角度変化が大きい3次元的な運動の計測については,計測方法の構築と評価が課題となっている.そこで本報告では,クォータニオンに基づく3次元的運動の計測法を構築し,剛体モデルを用いて2次元的運動と3次元的運動に対する計測精度の評価を行った.2次元的運動については,積分法とクォータニオン法の2つの方法で十分高い精度で計測できることを確認し,3次元的運動については,2つの方法で計測精度の低下が生じたものの,ある程度実用的な計測精度であることを確認した.

  11. カルマンフィルタを用いた慣性センサによる下肢角度計測法の精度改善に関する検討

    照山 裕太, 渡邉 高志

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　112　(297)　11-16　2012年11月9日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    本研究では,リハビリテーション支援を目的として,慣性センサを用いたウェアラブルセンサシステムの開発を進めている.これまで,カルマンフィルタを用いた下肢関節角度計測法を構築し,良好な精度が得られることを確認してきたが,運動加速度が大きい場合に誤差が増大するという問題があった.本報告では,加速度の計測値に応じてカルマンフィルタのパラメータを変化させるという先行研究の方法を検証し,新たに,カルマンフィルタによる推定角度と加速度センサから算出した角度の差に応じてパラメータを変化させる方法を提案した.剛体アームを用いた計測精度の評価実験から,加速度値を用いる方法よりも計測精度を改善できることを示唆する結果を得た.

  12. 無線型ウェアラブルセンサによる運動リハビリテーション・ヘルスケア支援 ～実用的な歩行計測・評価システムの実現に向けて～

    渡邉高志

    電波技術協会報FORN　287　38-41　2012年7月

  13. Functional Electrical Stimulation (FES) Control for Restoration and Rehabilitation of Motor Function

    Takashi Watanabe, Naoto Miura

    Technological Advances in Biomedicine for Healthcare Applications　80-93　2012年

    出版者・発行元： IGI Global

  14. カルマンフィルタを用いた角度計測法に関する異なる慣性センサによる計測での基礎的検討

    照山 裕太, 渡邉 高志, 遠藤 駿

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　111　(314)　19-23　2011年11月17日

  15. 腓腹筋刺激による足関節伸展の動的挙動解析

    鈴木立人, 渡邉高志, 佐浦隆一, 内山寛信

    日本機械学会関西支部定時総会講演会講演論文集　85th　(85)　7.3-3"　2010年3月16日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

  16. サイボーグ技術と歩行補助 －機能的電気刺激（FES）の可能性－

    渡邉高志

    計測と制御　47　(12)　1045-1050　2008年12月

    出版者・発行元： 計測自動制御学会

    ISSN： 0453-4662

  17. An error reduction method of portable, low-cost joint angle sensor system for human movement measurement and control (MEとバイオサイバネティックス)

    Arifin Achmad, Saito Hiroki, Watanabe Takashi

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　108　(314)　31-34　2008年11月14日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    We tested two methods of error reduction of gyroscope in measuring knee joint angle during cyclic movements. The first method was using two gyroscopes and a Kalman filter to reduce the error. In the second method, a Kalman filter was designed to estimate true joint angle by utilizing additional information from two tilt sensors. The second method reduced the error significantly. The sensor fusion with the Kalman filter would be applicable for sensing human movements in clinical measurement system or for clinical FES control.

  18. 圧電式ジャイロスコープを用いた足底接地期の検出に関する基礎的検討 (第29回バイオメカニズム学術講演会 SOBIM2008 予稿集) -- (身体運動の解析)

    峯岸 由佳, 渡邉 高志, 古瀬 則夫

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　29　19-22　2008年10月25日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  19. A basic study on an application of center of mass information for sit-to-stand balance control (第29回バイオメカニズム学術講演会 SOBIM2008 予稿集) -- (身体運動の解析)

    Cabra Oscar David Pena, 渡邉 高志, 吉澤 誠

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　29　23-26　2008年10月25日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  20. 1C1-1 機能的電気刺激(FES)による運動機能麻痺者の支援 : 臨床普及への課題と期待(認知・運動機能の計測・支援I,一般講演)

    渡邉 高志

    福祉工学シンポジウム講演論文集　2008　31-34　2008年9月17日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

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    Functional electrical stimulation (FES), which uses electric current or voltage pulses applying to peripheral nerves or muscles, is a method of restoring or assisting motor functions lost by spinal cord injury or cerebrovascular disease. Although FES can be applied to various functions, FES studies have been heading mainly for restoring or assisting motor function focusing on upper or lower limb control. Many studies on clinical application of FES in controlling upper or lower limbs have found that FES can be effective. However, FES system for practical clinical use has not been realized yet. In this paper, problems on clinical application of FES are discussed, first. Then, our current research topics especially focused on control method of paralyzed motor functions of upper and lower limbs are presented.

  21. 片麻痺者の歩行遊脚期のCycle-to-Cycle制御に基づくFES制御法の開発 : 制御器パラメータ調整器の検討(3.2 第6回情報シナジー研究会, 3. 研究活動報告)

    加茂井 敏晃, 渡邉 高志, Arifin Achmad, 吉澤 誠

    年報　7　100-103　2008年7月

    出版者・発行元： 東北大学サイバーサイエンスセンター

  22. 片麻痺者のFESによる歩行再建のための電源システムに関する基礎研究

    村上 肇, 小林 宏彰, 伊藤 建一, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　101　(611)　55-60　2008年2月25日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    片麻痺者の下垂足制御による歩行動作再建を想定し, ユーザ自身の発電による電力供給を行う機能的電気刺激(FES)システムを提案する.本報告ではまず仕様を明確化する.それに基づき, 片麻痺者の健側で発電し, 患側を刺激する, 表面電極を用いた1チャネル刺激のシステムを試作する.そして健常者を電気刺激して足関節背屈を誘発する実験によって, システムの動作を確認する.以上により本手法の原理的な実現可能性を明らかにする.

  23. 片麻痺者の歩行遊脚期の cycle-to-cycle 制御に基づくFES制御の検討 : 初期角度変化時のモデルシミュレーション

    加茂井 敏晃, 渡邉 高志, Arifin Achmad, 吉澤 誠

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　107　(351)　17-20　2007年11月15日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    本研究では,機能的電気刺激(FES)を用いて,cycle-to-cycle制御に基づいて歩行の遊脚期を制御するファジィ制御器の開発を進めている.これまでの計算機シミュレーションでは,遊脚期開始時の関節角度が固定であり,また,制御対象のモデルの特性も1種類のみであった.本報告では,実際の歩行制御への適用を想定し,特性の異なる複数の制御対象モデルにおいて,遊脚期開始時の姿勢を1歩ごとにランダムに変化させた場合の制御の計算機シミュレーションを行った.その結果,足部と床との位置関係が変化しなければ,関節角度の初期値が変化してもおおむね良好に制御可能であることが確認された.しかし,初期姿勢によっては早期に着床が生じる場合がみられたので,今後検討する必要がある.

  24. フィードバック誤差学習を用いたFES制御におけるISMの効果の検討 : 手関節2自由度運動制御の計算機シミュレーション

    渡邉 高志, 杉 義宏, 黒沢 健至, 古澤 誠

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　107　(248)　5-8　2007年10月4日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    本研究では,機能的電気刺激(FES)による麻痺肢の動作制御へのフィードバック誤差学習法の適用を計算機シミュレーションで検討している.これまでに開発してきた逆ダイナミクスモデル(IDM)だけを用いる方法では,手関節2自由度運動制御に拡張した場合に,学習が適切に進まない場合があった.本報告では,簡便な方法で取得したデータを用いて逆スタティクスモデル(ISM)の学習を行い,IDMとISMで開ループ制御器を構成した.計算機シミュレーションの結果,ISMがFES制御のためのIDMの学習に有用になることを確認した.しかし,IDMの学習が十分に進まない場合も残ったので,その問題を解決することが課題である.

  25. 6項 システム制御研究会(3節 工学研究会,第5章 国際会議・シンポジウム等)

    吉澤 誠, 渡邉 高志

    東北大学電気通信研究所研究活動報告　14　297-297　2007年1月1日

  26. 圧電式ジャイロスコープによる歩行中の股・膝・足関節角度の測定

    古瀬 則夫, 渡邉 高志

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　106　(370)　49-52　2006年11月15日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    下肢関節角度は,歩行訓練やFES歩行制御において歩行の能力や安定性を評価する上で重要なパラメータである.本研究では,体幹,大腿,下腿,足背に装着した圧電式ジャイロスコープを用いた股関節,膝関節,足関節の関節角度の測定法の有効性を,健常被験者3名の歩行実験における下肢関節角度計測により検討した.その結果,一般的に用いられている電気式ゴニオメータとジャイロスコープにより計測された関節角度が低い差異と高い相関を示した.検討した下肢関節角度の計測法が臨床での歩行訓練やFES歩行再建において有効に用いられると考えられる.

  27. 片麻痺者の歩行遊脚期のcycle-to-cycle制御に基づくFES制御法--筋電図に基づく刺激データの検討 (第27回 バイオメカニズム学術講演会 SOBIM 2006 予稿集) -- (義肢・FES)

    渡邊 高志, 柴田 聡, Arifin Achmad

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　27　167-170　2006年10月28日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  28. 片麻痺者の歩行遊脚期の cycle-to-cycle 制御に基づくFES制御法 : モデルシミュレーションによる表面電気刺激用データの検討

    渡邉 高志, 柴田 聡, Arifin Achmad, 吉澤 誠, 星宮 望

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　106　(330)　25-28　2006年10月20日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    片麻痺者の歩行遊脚期を機能的電気刺激(FES)により制御する方法として,これまでに,cycle-to-cycle制御に基づくファジィ制御器を提案し,その有効性を計算機シミュレーションにより示してきた.しかし,深部筋も刺激対象としていたため,広く利用可能な表面電気刺激には適用できていない.本報告では,本制御法で表面電極を使用する場合について計算機シミュレーションにより検討した.大腿直筋による制御角度を膝関節角度から股関節角度に変更し,ハムストリングスへの刺激を追加することで,表面電気刺激を用いても本制御法を適用可能であることが示された.

  29. 6項 システム制御研究会(3節 工学研究会,第5章 国際会議・シンポジウム等)

    吉澤 誠, 渡邉 高志

    東北大学電気通信研究所研究活動報告　12　273-273　2006年8月1日

  30. 上肢FES制御の計算機シミュレーションツールの開発(3.2 第4回情報シナジー研究会, 3. 研究活動)

    杉 義宏, 渡邉 高志, 吉澤 誠

    年報　5　84-87　2006年6月

    出版者・発行元： 東北大学情報シナジーセンター

  31. 障害者のためのレーザ光を用いた選択式制御命令入力装置に関する基礎的検討

    村上 肇, 伊藤 文昭, 江川 尚, 渡辺 高志, 星宮 望

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　106　(80)　21-24　2006年5月19日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    本研究では,機能的電気刺激(FES)システムをはじめとする福祉工学機器の制御命令入力装置として,重度四肢麻痺者でも操作可能な頭部運動に着目した.そして,頭部に光源を設けて,机上の受光素子を照射し,機器の命令を選択するシステムについて検討した.非照射時の受光量を基準として,多数の受光素子の信号に変化があった場合は背景光の状態変化とみなし,また1個の受光素子の信号か増加した場合には命令選択と推定する.試作システムを用いた健常被験者による実験の結果,さまざまな光環境下で選択命令を正しく識別できること,また照明の状態か変化した場合に背景光量を取得し直すための要求が正しく出力されることを確認した.

  32. 6項 システム制御研究会(3節 工学研究会,第5章 国際会議・シンポジウム等)

    吉澤 誠, 渡邉 高志

    東北大学電気通信研究所研究活動報告　13　280-280　2006年1月1日

  33. 手関節2自由度運動のフィードバック誤差学習を用いたFES制御に関する研究

    帖佐 征一, 渡邉 高志, 吉澤 誠, 星宮 望

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　105　(402)　13-16　2005年11月17日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    これまでの研究でフィードバック誤差学習(FEL)を機能的電気刺激(FES)制御に適用することを検討し, 手関節の1自由度運動においてFELを用いた制御が実現可能であることを確認した。しかしながら, 学習の初期段階において誤差が非常に大きい場合があるという問題点もあった。そこで, モデルシミュレーションにより, FELのFES制御への新たな適用方法を検討し, この問題点を解決した。さらに, FELを用いたFES制御の手関節2自由度運動への拡張を検討し, 学習後の制御誤差や遅れが, PID制御器と比べて小さくなることが確認された。

  34. 経皮的電気刺激による皮膚感覚を用いたパターン提示に関する基礎的検討 (第26回バイオメカニズム学術講演会(SOBIM2005 in Tochigi)予稿集) -- (感覚と脳)

    佐藤 由規, 渡邉 高志, 吉澤 誠

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　26　275-278　2005年10月22日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  35. 機能的電気刺激(FES)による歩行制御法の開発のための筋骨格モデルの構築 (第26回バイオメカニズム学術講演会(SOBIM2005 in Tochigi)予稿集) -- (シミュレーションとモデル解析)

    柴田 聡, 渡邉 高志, Arifin Achmad

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　26　183-186　2005年10月22日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  36. 21. 人工神経回路(ANN)による動作認識を用いた運動機能障害者のための制御命令入力システムに関する基礎的検討(平成16年度東北支部大会抄録, 支部大会抄録)

    藤原 大樹, 渡辺 高志, 村上 肇, 古瀬 則夫, 吉澤 誠, 星宮 望

    生体医工学 : 日本エム・イー学会誌　43　(2)　330-330　2005年6月10日

    出版者・発行元： 日本生体医工学会

    ISSN： 1347-443X

  37. A test of fuzzy controller of cycle-to-cycle control for controlling three-joint movements of swing phase of FES gait

    Arifin Achmad, Watanabe Takashi, Yoshizawa Makoto

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　25　43-46　2004年10月23日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  38. FESによる運動機能代行 －現在の方法と課題，制御技術の開発－

    渡邉高志, 星宮 望

    日本エム・イー学会雑誌BME　18　(4)　3-10　2004年10月

    出版者・発行元： Japanese Society for Medical and Biological Engineering

    DOI： 10.11239/jsmbe1987.18.4_3 　

    ISSN： 0913-7556

  39. 機能的電気刺激(FES)での利用を目的とした上肢筋骨格モデルシミュレーション(3.2 第2回情報シナジー研究会, 3. 研究活動)

    渡邉 高志, 大塚 雅幸, 吉澤 誠

    年報　3　101-105　2004年6月

    出版者・発行元： 東北大学情報シナジーセンター

  40. Design of Fuzzy Controllers for Cycle-to-Cycle Control of Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait

    Arifin Achmad, Watanabe Takashi, Hoshimiya Nozomu

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　24　199-202　2003年10月4日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  41. 運動麻痺の機能再建のための機能的電気刺激（FES）技術

    渡邉高志, 星宮 望

    最新医学　58　(6月増刊)　1496-1506　2003年6月

  42. 21.PIDパラメータ切替え型閉ループFES制御に関する基礎的検討(平成14年度東北支部大会抄録)

    大塚 雅幸, 渡辺 高志, 黒沢 健至, 星宮 望

    生体医工学 : 日本エム・イー学会誌　41　(1)　68-68　2003年3月10日

    出版者・発行元： 社団法人日本生体医工学会

    ISSN： 1347-443X

  43. 23.A Test of Fuzzy Controller for Cycle-to-Cycle Control of FES-induced Hemiplegic Gait : Computer Simulation in Single-joint Control

    Arifin A., Watanabe T., Hoshimiya N.

    生体医工学 : 日本エム・イー学会誌　41　(1)　68-68　2003年3月10日

    出版者・発行元： 社団法人日本生体医工学会

    ISSN： 1347-443X

  44. 22.片麻痺者での手関節2自由度運動の閉ループFES制御の検討(平成14年度東北支部大会抄録)

    松平 哲郎, 渡辺 高志, 黒沢 健至, 星宮 望, 半田 康延

    生体医工学 : 日本エム・イー学会誌　41　(1)　68-68　2003年3月10日

    出版者・発行元： 社団法人日本生体医工学会

    ISSN： 1347-443X

  45. Cycle-to-Cycle Control of Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait : A Computer Simulation with Different Controllers

    Arifin Achmad, Watanabe Takashi, Hoshimiya Nozomu

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　102　(481)　1-4　2002年11月21日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    This study focused on controlling FES-induced gait using cycle-to-cycle control. Stimulation burst duration was regulated to control the maximum knee-joint and ankle-joint angles of a current cycle based on the errors of the previous cycles. This control method was implemented on a fuzzy controller and a PID controller. An adaptive PID controller and an adaptive fuzzy controller implemented the method too. All of control schemes were tested in swing phase control by computer simulation using a musculo-skeletal model. The fuzzy controller had faster response than the PID controller in compensating muscle fatigue. Online adaptation of controller parameters in the adaptive PID and the adaptive fuzzy controllers had no significant effect on improving control response.

  46. Cycle-to-Cycle制御による片麻痺者の閉ループFES歩行のための目標値の決定

    渡辺 高志, Arifin Achmad, 星宮 望

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　23　133-136　2002年10月26日

    出版者・発行元： バイオメカニズム学会

  47. リハビリテーション工学におけるITの必要性 : 機能的電気刺激(FES)を例にして(2.<特集>第1回情報シナジー研究会)

    渡邉 高志, 吉澤 誠, 東北大学情報シナジーセンター先端情報技術研究部, 東北大学情報シナジーセンター先端情報技術研究部

    年報　2　43-47　2002年7月1日

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    我々はこれまで、運動機能障害に対するリハビリテーションの分野で、機能的電気刺激(FES)による麻癖肢の動作再建に関する工学的研究を行ってきた。FESは、臨床的に有効性が示されてきたが、麻痒の症状や電気刺激の効果に関する患者ごとの違いや多様性に対応していくためには、多くの課題が残されている。本稿では、FESによる麻痺肢の動作再建における問題点を工学的観点からいくつか挙げて、情報技術(IT)を応用することによる解決の可能性について考えた。

  48. シナジー効果による教育研究のイノベーション : 先端情報技術研究部が目指すもの(2.<特集>第1回情報シナジー研究会)

    吉澤 誠, 渡邉 高志, 東北大学情報シナジーセンター先端情報技術研究部, 東北大学情報シナジーセンター先端情報技術研究部

    年報　2　25-30　2002年7月1日

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    先端情報技術研究部の役割は、「シナジー効果による教育研究のイノベーション」であり、最先端情報技術の応用研究、情報技術基盤の高度利用技術の開発推進、教育・研究現場の情報化のための最適な情報技術の利用支援、および上記研究を遂行する人材の育成である。本講演では、現在推進している研究の一端と、将来における本研究部のあるべき姿について示す。

  49. 電気刺激による筋張力の推定におけるM波と筋内局所酸素代謝の利用の基礎的検討

    渡辺 高志, 星宮 望

    生体医工学 : 日本エム・イー学会誌 = Transactions of the Japanese Society for Medical and Biological Engineering : BME　40　(2)　67-73　2002年6月10日

    出版者・発行元： 日本エム・イー学会

    ISSN： 1347-443X

  50. ダブルパルスを含む刺激によるM波を利用した電気刺激時の筋疲労評価に関する検討

    今野 俊介, 渡辺 高志, 中谷 裕教, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　101　(733)　31-36　2002年3月11日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    機能的電気刺激(FES)による動作再建の問題の一つとして筋疲労の早期出現が挙げられる.これに対し,我々はダブルパルスによる誘発筋電図(M波)を用いた筋疲労評価法を検討した.複数のパルス間間隔のダブルパルスを含んだ刺激実験から,短いパルス間間隔のダブルパルスによるM波が主に速筋の活動を反映していると思われる結果が得られ,またダブルパルスを用いることにより筋疲労の進行を段階的に評価可能であることが示唆された.長時間の刺激実験では,伝導速度に関係したM波の特徴量が筋疲労の早期検出の指標として有効になることが示唆された.さらにダブルパルスによるM波を用いた筋張力の近似方法が単一パルスによる方法よりも誤差が小さく,筋張力推定において有効になることが示唆された.

  51. 任意のFES手先リーチング再建のための目標検出に関する検討

    安西 昭裕, 渡辺 高志, 村上 肇, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　101　(733)　25-30　2002年3月11日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    上肢運動機能麻痺者が機能的電気刺激(FES)により任意の手先リーチング動作を獲得するシステムを構築するためには、手を伸ばす先の物体の位置や種類、形状を認識する必要があると考えられる。本報告では、まず、頭部に装着したレーザポインタと磁気センサを利用した目標位置検出法について、装置を試作し、その検出精度を評価した。次に、この装置を用いてリーチングの障害物や把持対象となる物体の高さ、種類を取得する方法について検討を行った。これらより、FESシステムで利用するのに概ね良好な精度で目標の位置と物体の高さを検出でき、種類を識別できることが示唆された。

  52. 3次元位置・角度センサを用いた閉ループFESシステムの構築

    黒沢 健至, 吉崎 史隆, 渡辺 高志, 二見 亮弘, 星宮 望

    生体・生理工学シンポジウム論文集　16　369-372　2001年8月29日

  53. 高齢者の自立のための機能的電気刺激（FES）

    渡辺高志, 星宮 望

    計測と制御　40　(5)　373-378　2001年5月

    出版者・発行元： The Society of Instrument and Control Engineers

    DOI： 10.11499/sicejl1962.40.373 　

    ISSN： 0453-4662

  54. 手関節の多チャネルフィードバックFES制御に関する検討

    飯渕 寛, 渡辺 高志, 黒沢 健至, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　100　(478)　117-124　2000年11月23日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    機能的電気刺激(FES)を用いて多チャネルフィードバック制御を行う際には、筋骨格系の入出力特性が冗長性を有するため、複数筋への刺激量を決定することは不良設定問題となる。そこで、筋骨格系の入出力特性(刺激強度-関節角度特性)を部分線形近似することで求めたヤコビ行列の一般化逆行列と、CHR法用いてPID制御器の制御パラメータを決定することで、複数の筋による手関節のフィードバック制御を行うことを検討した。複数の目標軌道に対する追従制御を行った結果、おおむね良好な制御結果が得られた。この結果から、本手法は多チャネルフィードバックFES制御における不良設定問題の一解決手法になることが示された。

  55. 片麻痺者のFES歩行制御のための動作識別に関する検討

    山岸 史歩, 渡辺 高志, 古瀬 則夫, 村上 肇, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　100　(478)　109-116　2000年11月23日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

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    片麻痺患者機能的電気刺激(FES)による歩行再建のために, 自由で安全な安全な歩行を再建することを可能にするFESシステムのインターフェイスを検討した.まず, 平地歩行, 階段昇降などの際の加速度を6名の健常者の踵部で計測した.得られた加速度データからニューラルネットを用いて異なる歩行状態を自動的に識別できることを確認し, FES歩行時の安全性確保のためのモニタ機能の実現可能性を示した.更に, 健側下肢の意図的な特徴的動作を自動的に識別できることを確認し, 上肢等を制限することなくFESシステムへの制御命令を取得する方法の実現可能性を示した.

  56. FESにおける筋疲労評価のための一定刺激中の等尺性筋トルクの推定

    渡辺 高志, 上村 龍文, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    生体・生理工学シンポジウム論文集　15　69-72　2000年10月13日

  57. 局所的酸素代謝とM波を用いた電気刺激時の筋疲労推定に関する検討

    上村 龍文, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　99　(458)　69-76　1999年11月19日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

  58. 片麻痺者のFES歩行再建のための歩行動作の識別に関する基礎的検討

    山岸 史歩, 渡辺 高志, 古瀬 則夫, 村上 肇, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　99　(458)　77-84　1999年11月19日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

  59. 機能的電気刺激(FES)システムのアドレス制御のための積分制御方式の検討

    村上 肇, 西村 直樹, 増田 竜一, 伊藤 建一, 渡辺 高志, 星宮 望, 赤坂 清和, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　99　(458)　85-90　1999年11月19日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

    ISSN： 0913-5685

  60. 局所的酸素代謝とM波を用いたFES制御時の筋疲労推定に関する検討

    上村 龍文, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    生体・生理工学シンポジウム論文集　14　169-172　1999年10月6日

  61. 失われた神経機能の回復：機能的電気刺激

    星宮 望, 嚴 光文, 渡邉高志

    日本ME学会雑誌BME　13　(8)　11-17　1999年8月

    出版者・発行元： Japanese Society for Medical and Biological Engineering

    DOI： 10.11239/jsmbe1987.13.8_11 　

    ISSN： 0913-7556

  62. カフ電極を用いた神経活動電位の計測と記録波形の定量的分類に関する検討

    中谷 裕教, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　98　(672)　9-16　1999年3月19日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    末梢神経上を伝搬している神経情報を取得することを目的として、カフ電極により計測した神経活動電位を個々の神経線維活動に対応するように分類することについて検討した。神経活動電位の記録波形はそれが伝搬している神経線維の太さや線維と記録電極との距離の影響を受けると考えられるので、記録波形の差異に着目して分類を行った。本研究では活動電位の分類を定量的に行うために、階層的クラスター分析と波形間の変動の比を基にして作成した評価関数を用いた分類方法を提案した。分類結果は目視による分類からみても妥当であると思われ、本手法の有効性が示唆された。

  63. 任意のリーチングを再建するFESシステムの構築に関する基礎的検討

    有野 恵子, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　98　(671)　83-90　1999年3月18日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    現在の機能的電気刺激(FES)による上肢の運動機能再建は, 予め用意された限られた刺激データの中から動作を選択する方法をとっている。今後, FESを臨床でより有用にするためには, 任意動作の再建の検討が必要であるといえる。そこで我々は, C_4四肢麻痺者を対象とした, 任意の場所へのリーチングを再建するFESシステムを実現するためのユーザ・インターフェイスとリーチングの手首軌道生成方法を提案する。そして, ユーザ・インターフェイスとして頭部動作を利用したリーチング希望先の3次元位置をシステムに伝えるセンサシステムの検討を行った。次に, リーチングを希望する2点間の座標が与えられた際の運動の軌道を生成する方法について, 手首の運動軌道を健常者の動作解析結果より生成する方法の検討を行った。

  64. 皮膚電気刺激による受容感覚の安定化に関する基礎的検討

    渡辺 俊一, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　98　(400)　33-40　1998年11月17日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    事故や疾患により喪失あるいは低下した感覚機能に対して、本来とは異なる感覚を通してその機能を再建・補助する感覚フィードバックがあり、表面電極を用いた皮膚電気刺激などが使われる。本研究の目的は、この皮膚電気刺激による受容感覚の安定化を図ることである。まず初めに、刺激電極と皮膚との不安定な接触による痛みの発生を防ぐため、電極と皮膚との接触状態を皮膚インピーダンスの変化として捉え、動作時における接触状態について検討した。次に、同一被験者での同一部位及び異なる部位での測定毎の閾値のばらつきの原因を解明するため、皮膚電気刺激での絶対閾値と皮膚インピーダンスとを経時的に測定し、両者の関連性について検討した。

  65. 上肢ハイブリッドFESのための刺激パターン生成法の検討

    古瀬 則夫, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　97　(622)　75-82　1998年3月20日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    機能的電気刺激(FES)は麻痺上肢の動作再建などに広く用いられている.FESを自由度の高い肩関節に適用する場合, 刺激電極数が増加し制御も難しい.そこで, 肘関節をFESで再建し, 肩関節を能動型装具により再建するハイブリッドFESを提案した.健常者から得られる筋電図の解析はFESの刺激パターンを生成する有用な方法である.また, 装具による姿勢変化に適応した刺激パターンの生成法として, 計測した筋電図を補間する方法を採用した.そこで肩関節静止時の随意的な肘屈曲動作の筋電図を計測し, その筋電図を補間した.そして, ハイブリッドFESにおけるその補間したパターンの有用性について検討した.また, その筋電図に及ぼす肘屈曲動作速度の影響を解析し, 刺激パターンを適用する動作速度範囲を考察した.

  66. 重度麻痺者用福祉機器の制御命令としての頭部動作の検討

    古瀬 則夫, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　97　(371)　113-120　1997年11月7日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    脊髄損傷等の重度麻痺者が各種福祉機器を使用するとき, わずかな残存機能を用い操作する必要がある. このとき,「コマンド選択」と「コマンド確定」の2つの操作が, それらの機器にコマンドを入力するために用いられる. 本研究では, 頭部に取り付けた3次元位置測定装置を用いて制御命令を取得する方法を検討した. まず, 3次元位置測定装置を用いてうなずき動作をニューラルネットにより認識し, コマンド確定として用いる方法を検討した. また, 頭部動作による制御命令入力法の評価を行うために, そのコマンド確定と頭部の前後屈や回旋動作などによるコマンド選択を併用する文字入力装置を構築した. そして, この装置を用いて4名の健常被験者において文字入力と文章入力の評価を行い, 構築した文字入力装置が有用であることを示し, 頭部動作を利用した制御命令入力法の実現の可能性を確認した.

  67. FESシミュレータのための肘関節での筋・骨格結合形態の検討

    野澤 庸之, 渡邉 高志, 嚴 光文, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　97　(371)　121-128　1997年11月7日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    現在の臨床的なFESでは、健常者の筋電図を基に作成した刺激データを用いている。この時各筋を刺激して試行錯誤的な刺激データの最終調整が行われているが、これは患者や医師らの負担が大きい。そこで、我々は与えられた電気刺激に対する筋骨格系の応答を計算機上でシミュレートするシステムの開発を進めている。本研究ではFESによる身体全体の動作モデルを構築するために必要となる筋・腱系と骨格系との結合モデルについて検討している。本稿では、肘関節の屈曲に関与する上腕二頭筋について腱の経由点を考慮に入れることにより、実際の応答に近いシミュレーション結果を得たので報告する。

  68. 末梢神経束からの感覚情報の推定に関する検討

    中谷 裕教, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　97　(371)　43-50　1997年11月7日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    末梢神経から感覚情報を取得する目的で、カフ電極を用いて活動電位の計測を行った。感覚情報を取得するには感覚単位の活動を計測する必要があると考えられるが、カフ電極により神経束の外側から計測するため、個々の感覚単位の活動を選択的に記録することは困難である。記録される活動電位の大きさや波形は、それが伝搬する神経線維の太さや神経線維と記録電極との距離に影響を受けると思われるので、活動電位の大きさと波形の差異をもとに記録した活動電位の時系列を個々の感覚単位の活動に分離し、条件を変えて刺激を与えた時の各感覚単位ごとの活動の様子を調べた。

  69. 機能的電気刺激(FES)システムの制御信号としての上肢筋電図計測

    村上 肇, 伊藤 建一, 渡辺 高志, 星宮 望, 赤坂 清和, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　97　(371)　129-134　1997年11月7日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    本研究では、片麻痺者の上肢動作再建のために、健側から随意的な筋電信号を導出し、それを機能的電気刺激(FES)システムの入力として刺激を発生させ、患側の麻痺筋を制御する、「筋電制御FESシステム」を提案している。本法で両手動作を再建するには、健側を使いながら、同時に患側制御用の筋電信号を発生しなければならない。そこで本報告では、システムの制御信号としての上肢筋電図の計測実験を、健常被験者について行った。手関節角度とその背屈筋の筋電信号とを計測し、直流信号や正弦波の目標に追従させる課題について、その誤差を評価した。これにより、筋電制御FESシステムの目標範囲を明らかにし、本研究の原理的な実現可能性を確認した。

  70. 神経活動電位からの感覚情報の推定に関する検討

    中谷 裕教, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    生体・生理工学シンポジウム論文集　12　389-392　1997年9月4日

  71. FESシミュレータのための筋・骨格結合形態のモデル化 : 肘関節における拮抗筋対での検討

    野澤 庸之, 渡邉 高志, 嚴 光文, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    生体・生理工学シンポジウム論文集　12　377-380　1997年9月4日

  72. FESによる尿失禁防止のための刺激方式に関する基礎的検討

    西澤 正毅, 渡邉 高志, 浪間 孝重, 内 啓一郎, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延, 折笠 精一

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　96　(581)　91-98　1997年3月17日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    機能的電気刺激(FES)は、上位運動ニューロン障害等により麻痺した運動機能の再建に加え、尿失禁の防止にも有効である。本研究では、高齢者や、脊髄損傷患者で起こる排尿障害の中でも尿失禁について、脆弱になったり、破綻した尿道閉鎖機構を再建するFESシステムの構築を目指し、短時間に大きな閉鎖圧を得る場合と、長時間低い閉鎖圧を得る場合の刺激方式について、検討を行った。

  73. ハイブリッド機能的電気刺激による上肢動作再建のための刺激パターン生成法の検討

    古瀬 則夫, 村上 肇, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　95　(596)　67-72　1996年3月18日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    機能的電気刺激(FES)は麻痺上肢の動作再建に広く用いられている. FESを肩関節など大きな関節トルクを必要とする動作の再建に用いる場合, 被刺激筋の疲労が臨床適用において制約になる場合があると思われる. これを解決するため能動型装具を併用するFESを提案する. 健常人から得られる筋電図の解析はFESの標準刺激パターンを生成する有用な方法である. そこで能動型装具により肩関節を動作させたときの随意的な肘屈伸動作の筋電図を計測し, 刺激パターンを生成するため筋電図を補間した. そして, その補間した筋電図から生成される刺激パターンがFESと能動型装具併用時の上肢動作再建に有用であるか調べた. また上肢動作に及ばす能動型装具適用の影響を考察した.

  74. 機能的電気刺激（FES）技術の運動機能障害者支援への応用

    渡辺高志, 星宮 望

    エル・エス・ティ学会誌　7　(3)　3-9　1995年9月

    出版者・発行元： THE SOCIETY OF LIFE SUPPORT ENGINEERING

    DOI： 10.5136/lifesupport1986.7.3_3 　

    ISSN： 0912-1595

  75. 速筋・遅筋特性を考慮したFESによる麻痺肢制御の基礎検討

    渡辺 高志, 森田 健司, 村上 肇, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス　95　(84)　101-108　1995年5月26日

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    機能的電気刺激(FES)は,上位運動ニューロン障害等により麻痺した運動機能の再建に有効な手法である.しかし,現在の臨床用FESシステムでは,振幅変調またはパルス幅変調のみにより筋収縮量の制御がなされており,その制御において筋本来の特性が考慮されておらず,巧緻な動作再建が難しいといった問題がある.本研究では,筋の特性の一つである速筋・遅筋特性の考慮とFESシステムの制御能力の向上を目的として,振幅変調と周波数変調を組み合わせた刺激方式について検討を進めている.本報告では,速筋,遅筋の刺激周波数-張力特性を測定し,それらの違いの一部を明確にし,速筋・遅筋特性を考慮した制御方式に関する考察を行った.

  76. 機能的電気刺激（FES）による運動機能障害者の支援

    渡辺高志, 星宮 望

    障害者の福祉　14　(6)　5-7　1994年6月

  77. 重度の運動機能麻痺、電気刺激で機能回復

    渡辺高志, 星宮 望

    ＢＣＬ　67　8-11　1994年4月

  78. 機能的電気刺激 (FES) における拮抗筋同時刺激に関する基礎的検討

    渡辺高志, 村上 肇, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告　94　89-96　1994年

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    麻痺した運動機能を再建する機能的電気刺激(FES)において、健常者の筋電図に基づく刺激パターン作成法により、生体の持つ拮抗筋同時制御をも包括した、多関節・多筋からなる多自由度系の近似的な制御が可能になっている。ところで、拮抗筋を主動筋と同時に刺激した場合、個々の筋を単独に刺激した場合と異なる応答、例えば応答の急峻な部分の緩和、を示すことが明らかになっている。しかし、その差異の定量化、発生機序の解明等はまだ不十分であり、生体の特性を生かしたより良い制御を行うためには拮抗筋同時刺激効果を詳細に調べる必要がある。本研究では、拮抗筋同時刺激効果を定量的に評価し、その発生機序の検討として拮抗筋同時刺激効果と脊髄反射系との関係について考察を行った。

  79. FES システムの制御命令源としての舌動作の計測方法の基礎的検討

    森田, 村上 肇, 渡辺 高志, 大庭 茂男, 二見 亮弘, 星宮 望, 半田 康延

    電子情報通信学会技術研究報告　93　69/75　1993年

    出版者・発行元： 一般社団法人電子情報通信学会

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    高位頚髄損傷による四肢麻痺患者の使用しているFESシステムの制御命令源は、患者が操作しやすく、かつ、患者の日常生活動作を阻害しないものが望まれる。本報告では、その一手法として、舌動作の利用を提案する。試作システムでは、メンブレンスイッチを格子状に配置し、舌が皮膚を介して最初に押したスイッチを起点として、水平・垂直方向の舌動作を検出することが可能であり、複数の舌動作の組み合わせで、より多くの情報を取得できるものと考えられる。本研究では、試作システムにより、FES制御命令源としての舌動作の計測方法の原県的可能性を確認したもので報告する。

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講演・口頭発表等 20

  1. Measurement and Control of Lower Limb Movements for Gait Rehabilitation of Hemiplegic Subjects 国際会議

    5th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Technology　2013年3月17日

  2. 運動麻痺者を支援する機能的電気刺激(FES) ～ 生体に学ぶ動作の制御 ～

    電子情報通信学会アンテナ・伝播研究会　2008年10月16日

  3. Detection of Gait Phases with Piezoelectric Gyroscope under Different Walking Speed Conditions 国際会議

    Norio Furuse

    13th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society　2008年9月

  4. A Preliminary Test of Modified Applying Methods of Feedback Error Learning for FES Control 国際会議

    13th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society　2008年9月

  5. Application of Knowledge Engineering and Fuzzy System in Realizing Cycle-to-Cycle Control Method for Swing Phase of FES-induced Gait 国際会議

    A. Arifin, T. Masuko

    3rd International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　2008年3月

  6. Functional Electrical Stimulation (FES) for Motor Disabled Patients 国際会議

    3rd International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics　2008年3月

  7. Basic Experiments of Physiological Properties for Information Presenting Method Using Dynamic Electro-cutaneous Sensation Patterns 国際会議

    6th International Conference on Bioelectromagnetism (ICBEM07)　2007年10月

  8. An Experimental Test of Fuzzy Controller Based on Cycle-to-Cycle Control for FES-induced Gait: Knee Joint Control with Neurologically Intact Subjects 国際会議

    11th Mediterranean Conference on Medical and Biological Engineering and Computing (the MEDICON 2007)　2007年6月

  9. A Study on Sensing System of Lower Limb Condition with Piezoelectric Gyroscopes: Measurements of Joint Angles and Gait Phases 国際会議

    11th Mediterranean Conference on Medical and Biological Engineering and Computing (the MEDICON 2007)　2007年6月

  10. Gait Re-education System for Incomplete Spinal Cord Injured Patients -Measurement of Hip Joint Angle by Piezoelectric Gyroscope- 国際会議

    11th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society　2006年8月

  11. A basic study on upper limb control by FES using feedback error learning with IDM and ISM 国際会議

    11th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society　2006年8月

  12. A Basic Study of Fuzzy Controller for Cycle-to-Cycle Control of Knee Joint Movements of FES Swing: First Experimental test with a Normal Subject 国際会議

    11th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society　2006年8月

  13. A test of multichannel closed-loop FES control on the wrist joint of a hemiplegic patient 国際会議

    10th Annual Conference of the International FES Society　2005年7月

  14. A Computer Simulation Study of the Feedback Error Learning Controller for FES on the Wrist Joint's 1-DOF Movement 国際会議

    6th Asian-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering (APCBME 2005)　2005年4月

  15. A Test of Stimulation Schedule for the Cycle-to-Cycle Control of Three-joint Movements of Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait 国際会議

    6th Asian-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering (APCBME 2005)　2005年4月

  16. COMPUTER SIMULATION FOR MULTICHANNEL CLOSED-LOOP FES CONTROL OF THE WRIST JOINT 国際会議

    8th Vienna International Workshop on Functional Electrical Stimulation　2004年9月

  17. Gait Re-education System for Incomplete Spinal Cord Injured Patients - Measurement of Leg Joint Angles by Piezoelectric Gyroscope - 国際会議

    9th Annual Conference of the International Functional Electrical Stimulation Society　2004年9月

  18. AN APPROACH TO REAL-TIME PARAMETER DETERMINATION OF THE MULTICHANNEL CLOSED-LOOP FES CONTROLLER 国際会議

    IEEE EMBS Asian-Pacific Conference on Biomedical Engineering 2003　2003年10月

  19. Feedback Error Learning for Controlling 1-DOF Joint Angle: Model Simulation and Experiment 国際会議

    8th Ann. Conf. Int. FES Soc.　2003年7月

  20. Gait Re-education System for Incomplete Spinal Cord Injured Patients - Development of Gait Measurement System - 国際会議

    8th Ann. Conf. Int. FES Soc.　2003年7月

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産業財産権 1

  1. 筋の活動度又は疲労度の評価装置

    産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 30

  1. 運動機能障害者用マン・マシン・インターフェイスに関する研究 競争的資金

    1994年4月 ～ 継続中

  2. 機能的電気刺激による神経・筋系の制御に関する研究 競争的資金

    1990年4月 ～ 継続中

  3. バーチャルリアリティ技術を活用した3次元環境での視覚認知障害者の自立支援手法研究

    田中 敏明, 飯島 勝矢, 藪 謙一郎, 大月 敏雄, 三浦 貴大, 渡邉 高志, 白銀 暁

    2023年4月1日 ～ 2026年3月31日

  4. バーチャルリアリティ技術を活用した3次元環境での視覚認知障害者の自立支援手法研究

    田中 敏明, 飯島 勝矢, 藪 謙一郎, 大月 敏雄, 三浦 貴大, 渡邉 高志, 白銀 暁

    2023年4月1日 ～ 2026年3月31日

  5. 高齢者の身体機能に対応する持続支援可能なロボット型パーソナルモビリティの研究開発

    田中 敏明, 加藤 士雄, 小舘 尚文, 三浦 貴大, 渡邉 高志, 白銀 暁

    2020年7月30日 ～ 2023年3月31日

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    2021年度（2022年5月）の課題である高齢者の関節運動と正常な関節運動との誤差を経時的にモニタリングする．また，RPM（ロボットスーツとパーソナルモビリティ）自体もセンシングし，高齢者の動きとの連動性を監視するシステムを構築する．結果として、ヒトとRPMの関節運動をセンシングするIMUを用いた歩行分析システムを構築した。歩行アプリとスマホを用いた無線式となった。健常人で歩行分析を実施した結果、データのバラツキを検討する変動係数において10％以下という再現性のあるデータの取得が可能となった。また、課題の一つである感覚フィードバックシステム構築として、歩行アプリで使用した無線式センサを用いて体幹および上下肢運動で異常運動を起こした際に，センサが感知し，振動と音声による複合刺激を使用者（患者）に提示するシステムを構築した。これにより、無線式位置センサで下肢関節の運動を監視し，正常運動から逸脱する場合，振動および音声刺激で注意を促すことが可能となった．また，RPM側自体にも位置センサを使用し，ヒトの動きを支援しつつ，異常運動を生じないよう監視可能となった。加えて、既製品である歩行アシストロボットを用いて、ロボットの関節運動とそれを装着したヒト側の関節運動が一致しているか動作解析装置を用いて計測分析した。結果として、ロボットスーツとヒトの関節位置のズレは膝関節、足関節ともに数センチとなった。また、運動制御が軽度であるほど、ズレは大となった。この結果より、ズレが歩行時のどのタイミングで大となり、使用する高齢者、障害者に負担と危険を伴うか詳細に検討可能なIMUセンサと注意喚起システムの構築の必要性が示唆された。

  6. 半側空間無視者の空間動作支援のための注意喚起機能付き視覚バリアフリー機器開発研究

    田中 敏明, 飯島 勝矢, 加藤 士雄, 泉 隆, 巖淵 守, 三浦 貴大, 渡邉 高志

    2020年4月1日 ～ 2023年3月31日

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    本研究は、申請者が開発した3次元視覚情報呈示装置としてHMD（ヘッドマウントディスプレイ）を用い，これに動的な歩行・ADL動作時支援のための動作のセンシングを無線同期し，かつ，経時的に無視領域へ注意喚起を促すため視覚・聴覚・体性振動感覚による複合感覚フィードバック装置と眼球計測装置を搭載し、遠隔での使用を可能とする空間動作支援のための感覚フィードバックを利用した注意喚起機能付き視覚バリアフリー機器開発研究を実施する． 2021年度は、①本HMDシステムに必要な聴覚，振動によるフィードバックシステムを製作し、かつ、動的条件である日常生活活動に応用可能とするため特に歩行を支援可能とするHMDシステムを構築することを目標とした。結果として、HMDと歩行計測を同期するなかで、視覚認知障害者への注意喚起として、関節運動計測用IMUセンサと振動装置を組み合わせることに成功し、かつ、音声（聴覚刺激）による注意喚起を加えるシステムとした。健常人5名、脳卒中患者1名においては、本フィードバックシステムは振動、聴覚の複合感覚刺激がより注意を促せる結果となった。しかしながら、振動刺激が歩行速度が速い場合、認知しにくい場面もあり、この点を補ううえでHMD上での視覚提示と音声刺激をさらに改良する必要がある。②加えて、HMD使用時の脳機能活動を分析として近赤外分光法（NIRS: nearinfrared spectroscopy）を用いて、HMDを用いた半側空間無視検査時の脳の賦活領域を計測分析した。結果として、脳卒中患者2名の無視障害の局在側と考えられる前頭葉で脳の賦活が健常側と異なり低下していることを明らかとした。

  7. 高齢者の転倒発生の兆候のセンシング

    渡邉 高志

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究機関：Tohoku University

    2019年6月28日 ～ 2022年3月31日

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    歩容変化により転倒発生の兆候をとらえることを着想し，ニューラルネットワークで歩容変化を検出する方法を開発し，教師無し学習による歩行パターン分類の実現可能性，歩容変化の要因の分類可能性を示す結果を得た．また，転倒リスク評価には複数の指標を使用する必要があることを確認し，転倒に関わる歩容変化の要因の指標算出のため，慣性センサを利用し，歩行立脚初期の足部異常運動の検出・評価法，ストライド長と歩行速度の自動推定法，歩行事象タイミングの自動検出法，歩行時のバランス評価のための身体重心位置推定法の構築を行った．さらに，健常者で総睡眠時間とふらつき感との間に相関がみられ，総睡眠時間の利用可能性を確認した．

  8. 慣性センサ信号に基づく3次元運動時の体重心位置軌跡の推定

    渡邉 高志

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2016年4月1日 ～ 2019年3月31日

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    本研究は，複数の慣性センサを用いて3次元運動時の身体の重心（体重心）位置の移動軌跡を推定する方法の開発を目的とした．最初に，体幹部・大腿部のセンサ装着位置を検討し，体幹部は上部に，大腿部は外側面に装着することに決定した．次に，足部位置と身体各部の姿勢ベクトルの算出法を検討し，それらを用いて身体リンクモデルにより姿勢を再構成して体重心位置を推定する方法を構築した．そして，構築した体重心位置軌跡推定法の実験的検証を行い，推定誤差の要因の検討を行った．この結果から，体重心位置の前後及び鉛直成分の利用可能性を確認し，体重心位置軌跡の運動評価への応用可能性を確認した．

  9. 能動運動を引き出す教示支援型在宅下肢リハビリテーションシステムの開発

    渡邉 高志, 半田 康延, 関 和則, 古瀬 則夫, 芝崎 淳, 久家 直巳, 村上 克徳

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2015年4月1日 ～ 2019年3月31日

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    本研究では下肢の運動障害に着目し，在宅リハビリテーションシステムの実現を目指した．まず，慣性センサ信号から下肢運動機能の評価指標を算出する方法を構築した．次に，能動運動を引き出す電気刺激教示法を構築し，下垂足矯正の歩行リハビリテーションを想定した試験で有効性を確認し，足こぎ車いすリハビリテーションでも利用できるように教示タイミングを決定した．また，リハビリテーションで動作補助を行えるように，機能的電気刺激（FES）による歩行時の足部運動補助や足こぎ車いす走行補助の方法を構築した．そして，在宅リハビリテーションへ応用する携帯型システムの開発，少数の慣性センサによる運動計測・評価法の開発を行った．

  10. 慣性センサによる運動時の関節トルク・発生パワー推定法の開発と応用の新展開

    渡邉 高志

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2014年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    下肢関節トルク推定法として，最上部に外力が作用しないと仮定して床反力の計測を不要にし，かつ，慣性センサによる身体各部の角度計測から各部位の運動時の重心加速度を算出して3次元動作解析装置での計測を不要にする方法を検討した．健常被験者でのスクワット動作と起立動作の矢状面運動を対象に実験的評価を行い，提案方法の実現可能性を示した．車いす駆動時の推進数と推進周期を上肢に装着した慣性センサから推定する方法，及び，推進動作時のハンドリムへの接触と解放のタイミングの検出の実現可能性を示した．また，車いす駆動時の上肢発生パワー推定の一連の方法を構築し，実験的検証を通して解決すべき課題を確認した．

  11. 無線型慣性センサによるモーションキャプチャシステムの開発とリハビリ応用試験

    渡邉 高志

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2012年4月1日 ～ 2014年3月31日

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    無線型慣性センサ，及び計測，可視化，解析のためのソフトウェアの開発を行い，モーションキャプチャシステムの基本システムを開発した．また，3次元運動の計測方法を構築し，開発したシステムとともに，健常者，及び運動機能障害者での歩行計測試験を通して有効性を確認した．さらに，この試験で明らかになった問題点に基づいて，計測方法とシステムの改良を行った．以上により，リハビリテーションにおける歩行計測とその結果の可視化，解析に関して，実応用可能なシステムになることを期待できる結果が得られた．

  12. 筋疲労モニタを有する能動制御型FESリハビリシステムの開発と検証

    渡邉 高志, 古瀬 則夫, 関 和則, 古瀬 則夫

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2010年 ～ 2012年

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    プロトタイプFESリハビリテーションシステムを開発し,随意運動の誘発を補助するFESを用いた片麻痺者の歩行リハビリへの適用について検証し,有効性を示した.また,異なる条件の追加パルスによるM波振幅を用いた筋疲労評価指標を提案し,短時間電気刺激による繰り返し運動訓練を想定した試験により実現性を示した.これらの構築した技術を実装することで,筋疲労モニタを有する能動制御型FESリハビリシステムを実現できることを確認した.

  13. 脚部電気刺激と体重荷重軽減を併用する歩行能力改善用立上がり・着座訓練装置

    鈴木 立人, 渡邉 高志, 内山 寛信, 佐浦 隆一, 石田 享子

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Maizuru National College of Technology

    2009年 ～ 2012年

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    本研究では,脚部電気刺激と体重荷重軽減を併用する歩行能力改善用立ち上がり・着座訓練装置を開発するために基礎的な下記の3点について研究成果を得た.(1)立上がり動作のモデル化を行い,立上がり可能動作域の検討と健常者を対象とした幅広い年齢層における立上がり挙動の抽出.(2)体重荷重軽減を行うための補助力制御システムとしてassist-as-needed制御手法を単純押付け動作にて検討,および立上がり動作評価を行うウェアラブルIMUシステムの開発.(3)立上がり補助を実施する脚部電気刺激として大腿直筋,臀筋による刺激手法と電気刺激波形に対する主観的痛みについて検討を行った.

  14. 進行性歩行障害に対する歩行訓練装置の開発と応用

    古瀬 則夫, 渡邉 高志, 水戸 和幸

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Miyagi National College of Technology

    2008年 ～ 2010年

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    本研究で開発する歩行訓練装置は自宅での使用を想定しているので,容易に身体に装着できるように小型で携帯可能なセンサシステムを開発するとともに,杖や歩行器などの補装具と訓練場所を想定した装置に改良を加え用いた.完成したセンサシステム等を身体に装着し健常者による歩行実験を行いセンサによりデータを取得できるか確認し,さらに,そのデータを用い訓練者に有用な訓練情報を提示すると共に,歩行訓練の達成度を呈示できる波形処理システムを開発した.

  15. 小型センサによる運動機能評価に関する研究 競争的資金

    制度名：The Other Research Programs

    2009年4月 ～

  16. 機能的電気刺激(FES)による麻痺肢動作再建での協調的残存運動制御

    渡邉 高志, 古瀬 則夫

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2006年 ～ 2008年

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    運動機能麻痺者のFESによる動作再建において, cycle-to-cycle制御による歩行遊脚期の制御について, 残存運動の影響がある場合も適用可能なファジィ制御器を開発した. また, フィ-ドバック誤差学習を用いた学習型制御では, 残存運動等を模擬した外乱を加えて学習の進み方を検証し, さらに, 学習の適切な進行に関する条件を一部明らかにした. また, マトリクス状表面電極刺激による移動感覚を用いた患者への情報提示法の開発を行い, 皮膚電気刺激パラメ-タや提示感覚パタ-ンの実験的に決定し, 加えて, 情報取得方式について検証した.

  17. 注入方式による体内留置式超小型電気的神経機能調節・制卸装置の開発

    半田 康延, 松木 英敏, 佐藤 文博, 関 和則, 小倉 隆英, 渡邊 高志, 高橋 隆行, 二見 亮弘, 加納 慎一郎, 二見 亮弘, 渡邊 高志, 高橋 隆行, 藤居 徹

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

    研究機関：Tohoku University

    2004年 ～ 2008年

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    回路駆動と刺激エネルギー供給用の受電コイルと刺激波形制御用の受信コイルを一体化した超小型埋込み刺激素子および給電用,通信用のソレノイドコイルを同軸上に設置し広範囲励磁が可能な体外励磁装置の開発に成功した。刺激素子の寸法は外套を含めφ3.0 mm × 長さ 35 mmであり、家兎後肢に1ヶ月間留置しシステムの駆動を検証した所、安定した筋収縮を得られることが判明した。また、留置した刺激電極の組織反応を検索し、生体留置可能な電極であることを確認した。この超小型埋込み電気刺激素子による神経刺激に適した身体部位を確認し、病態改善の有効性を検証する目的で、表面電極による神経刺激効果を検証した。その結果、脳卒中や脊髄損傷その他の神経疾患では求心性神経線維の刺激効果としてのneuromodulationにより運動の随意性の改善が認められた。また、内臓機能障害でもneuromodulation 効果として、仙骨部刺激で難治性の過活動膀胱や前立腺肥大による尿失禁、頻尿、排尿困難の改善、生理痛の軽減、頸部刺激で嚥下障害の改善およびてんかんの軽減効果を得ることができた。

  18. 不完全麻痺者の歩行訓練のためのセンサシステムの開発

    古瀬 則夫, 渡邉 高志

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Miyagi National College of Technology

    2006年 ～ 2007年

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    不完全麻痺者の歩行訓練中に脚部の状態を計測する身体装着型センサとその波形処理方法を検討し,歩行改善に有益な情報を麻痺者に呈示,さらに訓練の達成度を自動的に評価するセンサシステムを開発することが本研究の目的である.センサシステムは,センサ,コントローラ,システム本体を装着単位毎にモジュール化し,そのセンサ等のモジュールからシステム本体やパーソナルコンピュータへの出力信号の伝送には無線通信を用いた.センサ等を無線モジュール化することにより,センサ毎の配線が無く,身体装着やデータ収集が容易になり,臨床的実用性が格段に向上したシステムを構築することができた.なお,無線モジュールや各種センサの小型化に関する開発は地元企業である(株)和泉テックとの共同開発により行った. 本研究では,開発した身体装着型センサにおける波形処理方法として,圧電式ジャイロスコープを使用した関節角度の計測と歩行期の識別方法について検討した.ジャイロスコープを体幹,大腿部,下腿部,足背部に装着し,それらの出力の差分値を基に膝関節と足関節の関節角度を計測した.また,それらの出力を基に遊脚期と立脚期の識別を行った.それら方法の実現可能性について健常被験者における歩行実験により検討した.ゴニオメータにより計測される関節角度と,アルミ電極より識別される歩行期との比較検討を行った結果,ジャイロスコープより構成されるセンサシステムが十分な精度で下肢関節角度と計測でき,誤り無く適当なタイミングで遊脚期と立脚期を識別できることが示された.したがって,ジャイロスコープを使用することにより妥当な精度で関節角度と歩行期を認識するセンサシステムを安価でコンパクトに構成できることが示された.以上のことから,提案したセンサシステムを歩行訓練において有効に用いることができるものと考えられる.

  19. Cycle-to-Cycle制御によるFES歩行再建手法の開発

    渡邉 高志

    2003年 ～ 2004年

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    実用的で有効性の高いCycle-to-Cycle制御による閉ループFES歩行制御手法を開発するための研究を行い,本年度は以下の成果を得た. (1)筋骨格モデルを,股関節も制御可能にするように改良し,さらに,両側下肢の運動を表現できるようにして,片麻痺者を想定したモデルシミュレーションを実行可能にした.これにより,片麻痺者の健側を健常者の歩行動作計測から得た関節角度軌跡をもとに動作させながら,遊脚期のFES制御を検討することが,計算機シミュレーションで可能になった. (2)上記の改良した筋骨格モデルを用いた計算機シミュレーションにより,cycle-to-cycle制御による歩行の遊脚期のFES制御を,ファジー制御器を用いることで比較的容易に実現できることを示した.また,cycle-to-cycle制御で必要となる各筋への刺激タイミング表の設計指針を計算機シミュレーションで検討した.健常者の歩行中の筋電図(EMG)のパターンだけではFES制御は困難であり,筋の機能や筋骨格系の運動学的な知見を反映させて刺激タイミング表を作成することが有効であることを示した. (3)製作したプログラマブル電気刺激装置について,ポータブル化を考慮して新しく設計した刺激回路による電気刺激の効果を試験した.運動発現のための刺激効果は十分であったが,パルス振幅の安定性と,刺激データやセンサ計測データの通信速度の改善が必要であったことから,刺激装置内のマイクロコントローラのプログラム等を修正し,実用的に使用できるように改善した. (4)ジャイロを用いた簡便な下肢関節角度の計測センサの製作,下肢運動制御実験用器具の設計・製作を行い,上記の刺激装置とあわせて,下肢FES制御の実験システムを構築した.健常者での基礎実験を通して,実験システムの評価を行い,充分機能することを確認した.

  20. FESによる麻痺肢制御のための生体情報の検出・処理法

    星宮 望, 二見 亮弘, 渡邉 高志, 加納 慎一郎, 中谷 裕教, 半田 康延

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2001年 ～ 2003年

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    末梢の変性していない個々の神経・筋系を外部から刺激することで,麻痺患者の運動機能を再建する技術である機能的電気刺激(FES)において,使用者の残存機能を制限することなく装置の随意的制御を可能にすることを目的とした,ヒトから計測される生体信号の検出・弁別手法の開発を行った. 1.神経束から計測される神経インパルス列の弁別処理法の確立 FES装置に与える患者の随意的な意思を反映した生体情報源として,末梢神経束から神経インパルスを検出し,これを弁別処理してFES装置の制御の多様性を向上させることを目指して,(1)神経インパルス列の神経束からの高精度計測手法の開発、および(2)計測した神経インパルスからの複数情報の抽出アルゴリズムの提案を行った. 2.ユーザによる脳波・眼電図成分の随意的制御法の開発 手の動作と肘の動作を選択するといった,いわゆるメニュー選択を随意的な意思によって行うための新しい生体情報源として,脳波の活用をはかる手法を明らかにするために,(1)脳波の高精度計測システムの構築,(2)脳波からの運動関連活動成分の抽出に関する研究を行った. 3.FES機器と制御命令源とのインターフェースの開発 上記の2種類の新しい生体情報源とこれまで用いられてきている情報源を組み合わせて,随意的な意思を反映したFES制御ための情報を提供するための検討を行った.生体信号からのFES制御信号の抽出を行う手法を開発し,それらをFES制御インターフェースに用いる方式について検討を行った.

  21. 皮膚電気刺激による受容感覚の安定化と感覚フィードバックへの応用

    二見 亮弘, 加納 慎一郎, 渡邉 高志, 星宮 望, 半田 康延

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2000年 ～ 2002年

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    皮膚電気刺激による受容感覚の安定化のために皮膚インピーダンスを利用することの可能性および有効性を明らかにすることを目的として,皮膚インピーダンスの電気的等価回路のパラメータ(抵抗成分Rp,容量成分Cp)と絶対閾値の関連性について検討を行った。その結果,電極ペーストの皮下への浸透や,電極と皮膚との接触面積の変化による閾値の変動と,正弦波交流により測定した皮膚インピーダンスから推定したRp, Cpとの間に関連性があること,繰返し電気刺激の印加による絶対閾値の変動が刺激パルス波形から推定されるRpと関連性があることが示された。また,皮下での電流の通過面積の拡大が絶対閾値の変化に関連していることが,実験結果に対する考察を通して示唆された。これらの結果は,皮膚-電極間の電気的接触状態,電気刺激効果を評価するために,皮膚インピーダンスを用いることが可能であることを示すと共に,電気刺激による受容感覚の大きさを刺激前に予測できることを示すものである。 また,刺激波形からRpを推定する方法により,Rpおよび絶対閾値が,電気刺激を繰り返すことによって変動することが明らかになった。このことは,実時間的に状態を把握することが重要であることを示すが,本研究の方法は実時間推定を容易にするとともに,絶対閾値との関連性も確認されたので,有用な方法になると思われる。今後,正弦波交流による計測方法と組み合わせて検討を進めることで,絶対閾値や受容感覚の変動の直接的原因を解明する必要性がある。

  22. 冗長性を有する筋・骨格系のフィードバックFES制御に関する基礎研究

    渡邉 高志

    2000年 ～ 2001年

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    機能的電気刺激(FES)による筋・骨格系の制御においては,電気刺激時の筋・骨格系の入出力関係(刺激強度-関節角度特性)に冗長性があり,刺激強度の決定が不良設定問題になることが多い.本研究では,そのような系のフィードバック制御を実現するための検討を行い,今年度は以下の成果を得た. 1.手関節の2自由度運動に加え,前腕の回内外,肘関節の屈曲・伸展を計測可能にするために,磁気式の3次元位置角度センサを用いて計測システムを構築した.この計測システムを用いてフィードバック制御を行うために,パルスモジュレータを製作し,プログラムの改良を行った.健常被験者での表面電気刺激による制御実験で,これまでの電気角度計を用いたシステムと同様の制御結果が得られることを確認し,フィードバック制御システムの拡張に成功した. 2.改良したシステムを用いて,片麻痺患者1名で,健常被験者で行ってきた実験と同様に,手関節2自由度運動の表面電極による4筋刺激によるフィードバック制御実験を行った.電気刺激に対する筋の応答が不適切であることや表面電極ゆえの問題が生じたが,本研究で提案してきた手法により,簡単なパラメータ調整だけでフィードバックFES制御を実現できることを確認した. 3.健常被験者で,肘関節の角度が異なる条件で手関節の制御実験を行い,姿勢変化により制御能力に差が現れることを確認した.制御対象に2関節筋を含む場合には,制御器のパラメータを変更する必要があることが示唆された.また,制御中の刺激振幅値に応じてPID制御器のパラメータを変化させる方が,より適切な制御を行える可能性があることも確認された.

  23. 生体の筋・神経系における運動単位制御原理に関する研究

    二見 亮弘, 加納 慎一郎, 渡辺 高志, 星宮 望, 半田 康延

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Tohoku University

    1998年 ～ 2000年

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    機能的電気刺激による運動機能再建を制御対象のモデルに基づく合理的なものにするために,筋繊維の収縮ダイナミクスに含まれる時変性・非線形性を詳細にモデル化する必要がある。我々は,筋繊維を構成する筋小胞体でのカルシウムイオン放出と取り込みに注目し,筋繊維の活性化モデルをCaイオン濃度ダイナミクスのレベルで作成した。モデルはCa誘導型Ca放出(CICR)チャネルを含み,内部的正帰還効果のため安定平衡点が2つ存在する。低濃度から高濃度への平衡点遷移は,高頻度の刺激パルスで生じ,強化現象に対応する。CICRチャネルはその後,数秒間かかって低濃度の安定平衡点(不活性状態)に戻る。また,長時間刺激の後では刺激パルス列に追加された単一のパルスによってその後の筋張力が数秒間増強されるという,保持効果を再現した。 一方,筋の構成要素である運動単位における動的機能配分を生体で実験的に調べるための基礎技術として,運動単位活動電位の集合である筋電図から個々の活動電位を分離できる信号処理方法について検討した。具体的には,ウェーブレット変換による多重解像度分析を用いて,信号中の活動電位の発火時刻と波形を統計的に合理的な方法で推定する方法を確立した。また,そのようにして分離・検出された個々の活動電位を波形の類似度に基づいてグループ化して脳による神経制御の原理を推定することをねらい,階層的クラスター分析に新しい評価関数を導入して,観測者の主観的判断を必要としない波形分類を可能にする方法を確立した。これらの方法の妥当性の確認は,家兎の末梢神経束周辺から誘導した記録波形の分類に適用することで行った。筋力の大きい時の表面筋電図のように時間的重畳が激しい場合の活動電位分類については,さらに今後の検討が必要であった。

  24. FESによる四肢動作再建のシミュレーションシステムに関する研究開発

    星宮 望, 加納 慎一郎, 渡邉 高志, 二見 亮弘, 半田 康延

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B).

    研究機関：Tohoku University

    1998年 ～ 2000年

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    1.筋骨格モデルを計算機上に構築し、起立動作の計算機シミュレーションを可能にした。これに動的最適化手法を組み合わせて、起立動作の刺激データを自動生成することに成功した。この刺激データと健常者の起立時の動作筋電図との比較から、本手法が標準刺激データの生成法として有効であることが示された。 2.特定の患者を表現する筋骨格モデルの構築を目指して、筋張力を発生するモデルをトルク発生モデルに変更し、そのパラメータ同定法を提案した。膝関節を対象に、1関節、1筋で構成したモデルについて、健常被験者での電気刺激応答とモデル予測が良く一致することを確認した。また、非線形特性や骨格構造を考慮した筋・骨格モデルについても検討し、試行錯誤的なパラメータ調整を伴っているが、健常者での刺激実験での応答の一部を推定可能であった。 3.筋の非線形、時変特性の計測とモデル化に関して、(1)臨床で使われている刺激周波数(20Hz)でも筋の強化現象が生じることを明らかにした。(2)電気刺激中の筋疲労情報の計測方法として、誘発筋電図(M波)や近赤外光の利用可能性を示した。(3)生理学的知見に基づく筋の活性化モデルを構築し、強化現象やキャッチプロパティ等を表現できることを確認した。 4.運動機能障害者がシステムを操作するために、特徴的動作をニューラルネットにより認識して制御命令とする手法を提案した。3次元位置測定装置や加速度センサを用いて計測した動作を認識できることが、健常者やC5-6四肢麻痺者で確認され、本手法の実現可能性が示された。 5.任意の場所へのリーチングをFESにより再建するために、リーチング目標位置の検出手法を提案した。車椅子の使用者を想定し、レーザポインタと3次元位置角度センサを用いて目標位置検出装置を構成した。机上目標位置の検出精度を調べた結果、実用的に利用可能であることが示唆された。

  25. 末梢神経からの神経情報の検出と弁別処理

    星宮 望, 加納 慎一郎, 渡邉 高志, 二見 亮弘, 半田 康延

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B).

    研究機関：Tohoku University

    1998年 ～ 2000年

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    脊髄損傷患者や脳卒中患者などの麻痺した運動機能の再建を行う機能的電気刺激(FES)システムの問題として、開ループ制御の方式のため外乱や筋疲労などによる筋・骨格系の応答の変化への対応が困難なことや感覚機能の障害などが挙げられる。そこで本研究では末梢神経から取得した求心性情報をセンサ情報として利用した閉ループFESシステムを実現するために、(1)生体適合性に優れた低雑音電極の開発(選定)と、(2)神経線維束から計測した神経インパルス列の弁別処理法の確立を目的として検討を行った。その結果、(1)FES用刺激電極として、これまでに開発したステンレス鋼SUS316L,Co-Cr-Ni-Mo系合金NAS604PHと新たに開発したFe-Cr-Ni-Mn-Mo-N系合金NAS106Nの3種類について雑音特性および疲労特性を調べた。電極の雑音では3種類とも低雑音であり信号検出の有効性を、また、NAS106Nが大気中および生理食塩水中の疲労特性に優れていることを確認した。(2)ランビエノードと記録電極の位置関係が記録波形に与える影響を調べるため末梢神経のモデルを用いて検討し、直径や細胞膜の性質が類似した神経線維が神経線維束の中で近接して存在していても、記録波形に着目することでそれらの神経線維の活動を識別できることを示した。また、臨床応用を考慮し神経線維に対する侵襲の低いカフ電極を記録電極として用いると信号対雑音比が低くなるが、計測データをウェーブレット変換により分解し、神経インパルスの波形情報を有する展開係数を選び計測データを再構成することで、神経インパルスの確認が困難な計測データからも検出を行えることを確認した。さらに神経インパルス列を個々の神経線維の活動に対応した記録波形の弁別方法を検討し、クラスター分析とグループ数決定のための評価関数を組み合わせた方法による妥当性を確認した。

  26. 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

    渡邉 高志

    1998年 ～ 1999年

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    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。

  27. 機能的電気刺激による麻痺肢制御法の最適化のための基礎研究

    渡邊 高志

    1996年 ～ 1996年

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    機能的電気刺激(FES)による麻痺肢の運動機能再建の臨床的実用性をさらに向上させるために、臨床におけるFESシステムの生体工学的基礎を確立する事を目的とし、以下の研究を進めた。 1.速筋・遅筋といった異なる特性を有する筋の刺激周波数-張力特性を解析し、筋・腱系の基本的な電気刺激応答モデルとして、刺激強度及び刺激周波数を入力とする筋・腱モデルを構築した。ここでは、先に得られた速筋・遅筋といった筋の異なる特性を、電気刺激による筋活動レベルの刺激周波数依存性に反映させた。 2.3リンク骨格モデルを構築し、簡略化した筋・腱系のモデルを用いて、筋・骨格系の運動モデルを構築した。また、等尺性条件下での筋張力について、構築した筋・骨格モデルによるシミュレーション結果と、健常者での刺激実験による結果とを比較し、筋腱系-骨格系の結合形態に関する検討を加えた。 3.FES制御のためのフィードバック情報等を神経活動電位から検出する事を目的として、外的な機械的刺激により発生した神経インパルス群を計測し、それらを誘発する刺激の種類をそれらの神経インパルス波形から推定する方法について検討した。本研究ではクラスタリング手法を採用し、計測した神経インパルス波形から、与えた機械的刺激を推定可能であることを確認した。 4.尿失禁をFESにより防止することを目的として、閉ループ制御を考慮した新たな刺激方式の検討を行った。尿道閉鎖に関与する筋は、左右の陰部神経による両側性の神経支配があるので、各神経束に印加する刺激パルスの位相をπずらす刺激方法を検討し、超神経束を同位相で刺激する場合に比べて短時間の高尿道収縮力を得る場合に適している事を示唆した。また、長時間の低尿道収縮力を維持する場合には、各神経束を交互に単独刺激する方法が有効である事を示唆する実験結果を得た。

  28. 神経・筋系の電子的外的制御

    星宮 望, 半田 康延, 村上 肇, 渡邊 高志, 二見 亮弘

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    1994年 ～ 1996年

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    1.神経・筋系の電気刺激応答特性を解析し、その結果を基に筋・腱系、骨格系の基本的な電気刺激応答モデルを構築した。そして、対麻痺者を対象とする神経・筋系シミュレータの基本システムを構築し、シミュレータ上で、起立動作の刺激パターンを動的最適化手法により自動生成できる事を確認した。 2.刺激パターン生成法として、筋電図波形を線形補間する方法、神経・筋・骨格系の電気刺激応答を学習した人工神経回路を用いる方法を検討し、それらの実現可能性を示した。また、患者がシステムを操作して、医学的な専門知識なしに刺激パターンを修正できるシステムを構築し、健常者の刺激実験により所望の補正が行える事を確認した。 3.完全体内埋め込み型FESシステムにおける送信機-受信機間のデータ伝送に対する外来ノイズの影響を低減するために、高速符号化・復号化が可能なハミング符号を用いた誤り訂正回路を完全体内埋め込み型FESシステムの実験回路に適用し、耐ノイズ性の向上を確認した。 4.尿失禁を防止する新たなFES制御法として、左右の陰部神経に与える刺激パルス列の位相を180°ずらす方法が短時間の高尿道収縮力の獲得に適している事、また、各神経束を交互に単独刺激する方法が長時間の低尿道収縮力を維持する場合に有効である事を示唆する結果を得た。 5.FES制御のためのフィードバック情報を神経活動電位から検出するために、外的な機械的刺激により発生した神経インパルス群の波形から、それらを誘発する刺激の種類を推定することを、クラスタリング手法により実現可能であることを確認した。 6.FESシステムの制御命令を得る方法として、拘束条件の厳しい四肢麻痺患者を想定して頭部の残存機能に着目し、後耳介筋や舌動作に基づく方法、頭部動作(うなずき動作等)をニューラルネットにより認識する方法を提案し、その実現可能性を確認した。

  29. 非線形時変特性を有する神経・筋系の機能的電気刺激による制御のための基礎研究

    渡邉 高志

    1995年 ～ 1995年

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    本研究では、FESの臨床応用のための生体工学的基礎を確立するために、神経・筋系の電気刺激応答特性の計測と解析、ならびに、そのモデル化と制御法に関する以下の検討を行った。 1.異なる特性を有する速筋及び遅筋の刺激周波数-張力特性を測定し、それらの差異を解析して、FESシステムの制御能力の向上を図るとともに筋特性を考慮した刺激変調方式を確立するための考察を行った。これより、パルス振幅変調と周波数変調を組み合わせて利用する制御方法の有用性を示唆した。 2.FESにおいて、刺激データの作製・修正や、再建動作のシミュレーションを行うこと等を目的として、電気刺激を入力する筋系のモデル化を進めた。特に、筋の刺激周波数-張力特性によりモデルの一部を記述し、その基本的なモデル化を行った。次に、構築した筋モデルのシミュレーションにより、電気刺激による近似的な筋応答を出力可能でありながら、過去の随意運動のモデルに見られるような複雑さを簡略化でき、かつパラメータが取り扱い易いといった利点があり、臨床応用への展開を期待できることを示した。 3.姿勢を保持するための閉ループ制御機能を有する実験的FESシステムを構築し、電気刺激による神経筋骨格系の応答計測を通して、閉ループ制御アルゴリスムの基礎的な検討を行った。ここでは、パルス振幅変調により動作を再建し、パルス幅変調により姿勢保持の閉ループ制御を行う方法を提案し、健常者の手関節角度制御実験を通して、その有効性を確認した。 4.現在のFESシステムの課題の一つとして、システムの操作性の向上が挙げられることから、その制御命令として、あらゆる患者が利用可能な舌動作について検討を行い、原理的な可能性を確認した。

  30. FESによる拮抗筋同時刺激法とその神経筋骨格系におけるモデリングに関する基礎研究

    星宮 望, 藤田 欣也, 半田 康延, 渡辺 高志, 村上 肇, 二見 亮弘, 高橋 博達, 半田 勉

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    1992年 ～ 1993年

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    神経筋骨格系は、電気刺激によって非線形な応答を生ずる。本研究は、その非線形性を改善する拮抗筋同時刺激法を確立するために、拮抗筋同時刺激による筋骨格系の応答を明らかにし、さらに、神経筋骨格系の電気刺激に対する応答のモデルを構築するための知見を得ることを目的としており、以下の成果を得た。 1.電気刺激による筋骨格系の応答を計測するための実験環境システムを構築し、それを用いて、拮抗筋同時刺激による主動筋の刺激強度-張力特性の急峻な立ち上がりの緩和を確認し、拮抗筋同時刺激法の有効性を示した。また、拮抗筋刺激強度が同時刺激の効果を決定する一つの要因であることを明らかにした。 2.拮抗筋対の筋長を変化させた場合の同時刺激応答の測定結果から、筋長が同時刺激時の主動筋の刺激強度-張力特性に影響することが示唆され、また、拮抗筋対の神経支配を除去した場合に、同時刺激の効果がないことを確認し、同時刺激による応答に対する神経筋骨格系の働きに関する基礎的知見を得た。 3.刺激波形生成アルゴリズムの一つとして、目的とする動作を、基本となる「単位運動」に分解し、単位運動再建の刺激波形を組み合わせて元の動作の刺激波形を作成する手法を考案し、筋電図解析を通して本手法による刺激波形作成の原理的可能性を確認した。同時に、刺激波形作成、及び筋骨格系のモデル化の際に考慮すべき重力の影響に関する知見を得た。 4.刺激波形は、臨床の場での調整によって最終的に決定される。そこで、刺激波形の修正を容易に行えるシステムを開発するために、システムの制御命令入力法、刺激波形修正アルゴリズムの検討を行ない、それらの有効性を確認すると共に、臨床用システム構築のための基礎的知見を得た。

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社会貢献活動 1

  1. 中学生のためのコンピュータグラフィクス講座－３Dゲームを作ろう－

    2002年12月 ～ 2007年12月

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    中学生を対象としたコンピュータ・グラフィクス講座を開講した．

その他 3

  1. 腓腹筋電気刺激で蹴り出し強化を行う歩行補助装置の開発

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    高齢者や歩行障害者は蹴り出し動作が弱く歩行速度が遅くなり，左右へ身体がぶれるため，転倒危険性が非常に高い．そこで，腓腹筋電気刺激を用いて蹴り出し動作を強化することにより，膝関節及び股関節の運動を誘発して歩容を改善する．同時に転倒危険性を低下でき，歩行速度も増加させ得る歩行補助装置を高齢者や歩行障害者に提供できる．

  2. cycle-to-cycle制御によるFES歩行補助・制御に関する研究

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    cycle-to-cycle制御によるFES歩行補助・制御に関する研究

  3. 中枢性下肢麻痺者の歩行運動再建システムの開発

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    脊髄損傷や脳卒中などによる中枢性の下肢麻痺者の多くに対して実用的な歩行を提供できる運動機能再建手法はこれまでなく，下肢に対する機能的電気刺激（FES）によって歩ける患者は上肢機能が特に優れる場合に限られていた．本研究は，下肢麻痺者の歩行運動の再建に関して，これまでの研究成果では不十分であった部分を補うための問題解決と制御手法の開発を行い，より多くの肢体不自由者のさらなる社会参加を可能にすることを目指す．本研究では，実用性と実現性の高い方法を重点的に進め，下肢麻痺者の歩行運動再建システムの基盤技術を開発する．まず，閉ループ制御や歩行中の制御命令の取得，さらには，FESによる歩行再学習システムに利用するために，両側下肢の関節角度を簡便に計測可能な身体装着型姿勢計測システムを臨床的に利用できるように開発する．また，両脚支持期を含めた歩行全体のシミュレーションが行えるように，下肢のFES応答モデルの改良を行う．これを利用して，杖を用いた安全な歩行機能に着目し，FES歩行のための各種制御アルゴリズムの開発と評価を行えるようにする．一方，不全麻痺者では，FESによる歩行再建の実現性及び実用性が高いことがこれまでの検討結果から確認されたので，不全麻痺者に対する筋電制御による筋力増強制御方式の開発を進める．そして，脳波および眼電図から患者の意図を抽出し，それによりFES制御装置の操作を行うシステムについて検討を行い，FESシステムにおける新たなヒューマンインターフェースシステムの開発を目指す． 上記の基盤技術を統合し，FESを利用して歩行機能を提供する手法を開発し，下肢麻痺者の歩行再建システムを実現することで，下肢麻痺者が車椅子で移動した後に，FESの補助のもとで自分の筋力で立って室内等の範囲を移動することが可能になり，より患者の家庭内自立や社会的自立を促し，介護者の負担をも軽減すると期待される．