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同門グループ

AMAG(Akita Motion Analysis Group)

AMAGは、整形外科・リハビリテーション疾患における疾患特性や新しい治療について、各種の動作歩行解析法を用いて明らかにするとともに、その成果を広く内外に発信し業績向上を目指す研究グループです。

島田洋一教授を顧問として、メディカル(整形外科、リハビリテーション科・部、及び関連病院)とエンジニアリング(秋田大学大学院理工学部巖見研究室、、秋田工業高等専門学校)のメンバーでグループ構成され、機能的電気・磁気刺激(FES・FMS)および経頭蓋磁気刺激(TMS)関連の研究や、新しいリハビリ機器の開発、各種動作歩行解析法の学習や研究などを行っています。

以下、主な研究内容を紹介いたします(機能的電気刺激・リハビリテーションロボットなどについては、「臨床の紹介→グループ紹介→リハビリテーショングループ」「研究の紹介→研究内容→先端リハビリテーション医学」の該当分野も併せてご参照ください)。

FESサイクリング

脳梗塞や脊髄損傷など上位運動ニューロン傷害による麻痺下肢患者さんにFESを行いサイクリング運動を行うFESサイクリングは、心肺機能強化などのフィットネス対策に有用です。当科と秋田大学理工学部、秋田工業高等専門学校、秋田県立美術大学との医工連携により、車椅子に直接着脱可能な新しいFESサイクリングを開発中です。

FESサイクリング

動作解析

近年、慣性センサ(IMU)を用いた動作計測が注目されており、これまでにも歩行解析やスポーツ、スキー等のスノースポーツの分野等で研究されてきました。

IMUは安価なうえに、加速度、角速度、地磁気の計測が出来る事から他のモーションキャプチャーシステムと比較して多くのパラメータから解析が可能です。しかし、ジャイロセンサからのドリフト誤差や、設置時のスキンエラーを考慮する必要があり、実用段階までには多くの研究や改良が必要です。

私たちは、IMUを用いた、膝関節の動作計測・評価システムを開発しております。また、三次元動作解析装置のVICONやメガネ型ウェアルブルセンサ、足底圧センサなど様々な機器を駆使した動作解析を行っています。

モデルシミュレーション

本研究では独自に製作した3次元筋骨格モデルを用いて主に高齢者を対象とした脊椎疾患患者の生体内力評価を行なっています。3次元筋骨格モデルとはCT・MRI画像を基に筋肉や骨格を再現したもので、筋走行や関節駆動域が実際の人間と同様に再現されています。

このモデルに運動計測データを入力し動作シミュレーションをさせることで関節モーメントの他に、筋張力、筋活性度、関節間力等の生体内力の定量評価が可能となります。また、関節間力を解析することで有限要素解析(FEA)に用いる関節の荷重計算が可能となります。現在は生体内力評価に加え、モデルの改良を行なっており将来的には新たなトレーニング・リハビリ技術の効果計測・開発等への応用が期待されます。

モデルシミュレーション

応力解析・3Dプリンタ

股関節の病態である寛骨臼形成不全や、股関節・膝関節疾患の1つである変形性関節症には臼蓋棚形成術や高位脛骨骨切り術といった関節の荷重負荷を分散させる手術が広く行われています。これら外科手術法は医学的なエビデンスに基づいていますが、応力分布等の定量評価はほぼ行われていません。

本研究では、FEAを用いた整形外科手術効果の検証を行っています。具体的には。骨のCT画像から3Dメッシュモデルを製作し、関節間力や軟骨・靱帯等の弾性係数等を境界条件として適用し、応力分布を解析します。これを術前後のデータで行い比較することで生体力学的な評価を試みております。

また、本研究では3Dプリンターで製作した手関節装具の応力分布や強度等も評価しています。これらの定量評価を行うことで将来的な手術方法の改善や、装具の最適な形状設計を目的としています。

応力解析・3Dプリンタ

座位バランス計測装置

リハビリテーションにおけるバランス機能の評価 は非常に重要です。特に加齢変化に伴うバランス能力の低下は、転倒を引き起こす重要な因子と考えられており、高齢者に対するバランス評価は転倒予防の観点からも必須となっています。

しかし、立位でのバランス評価には、めまいや膝折れなどによる転倒の危険性も含まれるため、転倒リスクを抱えた高齢者には評価自体が危険な場合があり、バランス機能を安全かつ簡便に評価する手法の開発が望まれています。

安全にバランス機能を測定するため、当科と秋田大学理工学部の医工連携により動的座位によるバランス計測装置を開発し、これまでその有用性について多数の研究報告を行っています。

座位バランス計測装置

人工筋肉/Brain Machine Interface(BMI)

ブレインマシンインターフェース(Brain-machine interface:BMI)は脳活動によって機械を操作する身体代替技術のことです。BMIは手を動かさずにロボットを制御することができるため、「考えるだけで指令を送ることができるヒューマンインターフェース」であると言えます。

東京工業大学小池康晴教授はBMIに関する研究を多数手がけ、業績を挙げています。東京工業大学工学院の鈴森康一教授らは、空気圧で収縮する細径マッキンベン人工筋肉を開発されました。

この人工筋肉は外径が2-5mmと従来の人工筋肉と比較し「はるかに細く柔軟で軽量」という特徴を併せ持っており、100万回の耐久試験にも耐えるほど安全性にも非常に優れたものです。

2017年3月に東京工業大学と秋田大学、秋田県医師会との三者間連携協定が締結されたことにより、当科で継続して行われていた医工連携事業と東京工業大学のBMIや人工筋肉技術を融合することで新たな医療機器の開発が行われることとなりました。

現在プロジェクトが進行中です。

人工筋肉/Brain Machine Interface(BMI)

Adviser 島田洋一
  Director 松永俊樹
  Vice-Director 巖見武裕

  • 飯田純平(秋田大学大学院整形外科)
  • 井上純一(秋田大学大学院整形外科)
  • 巖見武裕(秋田大学大学院理工学部)
  • 岩本陽輔(秋田大学大学院整形外科)
  • 大倉和貴(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)
  • 加賀 望(秋田大学大学院整形外科)
  • 加賀美 開(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)
  • 菊池 耀(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)
  • 木澤 悟(秋田工業高等専門学校)
  • 木島泰明(秋田大学大学院整形外科)
  • 木村竜太(秋田厚生医療センター整形外科)
  • 工藤大輔(秋田大学大学院整形外科)
  • 小西奈津雄(秋田厚生医療センター)
  • 小林義和(秋田工業高等専門学校)
  • 斉藤公男(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション科)
  • 齊藤英知(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション科)
  • 境 梨沙(秋田県立リハビリテーション・精神医療センター リハビリテーション科)
  • 佐々木香奈(中通総合病院整形外科)
  • 佐藤峰善(今村病院)
  • 須田智寛(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)
  • 高橋靖博(秋田大学大学院整形外科)
  • 髙橋裕介(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)
  • 田澤 浩(秋田赤十字病院整形外科)
  • 千田聡明(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)
  • 塚本泰朗(秋田大学大学院整形外科)
  • 野坂光司(秋田大学大学院整形外科)
  • 畠山和利(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)
  • 本郷道生(秋田大学大学院整形外科)
  • 松永俊樹(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション科)
  • 三田基樹(秋田大学大学院整形外科)
  • 水谷 嵩(能代厚生医療センター整形外科)
  • 宮脇和人(秋田工業高等専門学校)
  • 村田昇平(秋田大学大学院整形外科)
  • 山路康文(秋田公立美術大学)
  • 若林玲奈(秋田大学大学院整形外科)
  • 渡邊基起(秋田大学医学部附属病院リハビリテーション部)