筋骨格力学モデルとモーションキャプチャを用いた人間の関節の受動的スティフネスの推定とその医療応用 Passive Stiffness Estimation of Human Joints and its Medical Applications Based on Musculoskeletal Dynamics.

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筋骨格力学モデルとモーションキャプチャを用いた人間の関節の受動的スティフネスの推定とその医療応用 Passive Stiffness Estimation of Human Joints and its Medical Applications Based on Musculoskeletal Dynamics Model and Motion Capturing ベンチャジェンチャン, 山根克, 中村仁彦 Gentiane Venture, Katsu Yamane & Yoshihiko Nakamura 東京大学ー知能機械情報学 The University of Tokyo – Department of Mechano-Informatics 日本学術振興会外国人特別研究な扶養 Those research works are supported by the Japanese Society for Promotion of Science 日本 IFToMM 会議 2006 年

人間の筋骨格力学モデル  多体な記述：  骨は堅いボディだ  筋肉や腱や軟骨はボディ間にワイヤだ  こんな記述を使えれば逆運動学や逆動力学を計算できる：関節角や関節トルクは得られている 155 自由度, 366 筋肉

背景  神経筋や筋肉の疾患の医学的な診断や発展のトラッキング  今まで診断は見ることしかできない  リハビリテーション : 病後、動きを取り戻すことの数量化  パーキンソンの場合  数量化は医師のために大切なことだ

背景  関節の凝りの評価をトルクメーターで :  大きくて高い機械, キャリブレーションが多い, 病気や年長の人たちの診断には不便だ  簡単で痛みがないシステムが必要だ

概要  人間の動きの測定 ■ 実験のシステム  関節の力学モデルー受動的な動きの場合  同定方法  実験の結果  結論

人間の動きの測定  モーションキャプチャシステム  再帰性反射材マーカとモーションキャプチャカメラ ( 高速 / 高分解能： 30 fps)

実験：パーキンソン診断  医師が執行  従来の診断方法と同じ  容易  痛みがない  同時に診断もできる

 非侵襲筋電位計 (EMGs)  サンプリングレート： 1 KHz 筋肉の知識 EMGs は受動的な動きであることを確認するために最初の実験だけ計測すればよい

動きから動力学まで  逆運動学 : 関節角  逆動力学 : 関節トルク関節角関節トルク

関節の力学モデル  q は関節角のベクトル, q j は j 番関節角だ  D P はシステムの慣性パラメータのベクトル  Γ は関節トルクのベクトル  Q は外力のベクトル  H は慣性やコリオリや引力のベクトル  Γ e, Γ v, Γ f は関節の弾力, 粘性, 摩擦の力

関節の力学モデルー受動的な動きの場合  外力なし： Q = 0 と受動的な動き： Γ = 0 動作中標本抽出する H は人間の筋骨格力学モデルで計算されている

同定方法  多変数システム  過拘束なシステム（動作中標本抽出したことによる）  最小二乗法  能率的, 早い  状態数の計算できる： Cond(W)  標準偏差の計算もできる：  X j% 標準偏差利用 :   X j% <10 評価は OK   X j% >10 評価は悪いでも X j <<1 の場合結論できない

実験の結果  Xj %<10 評価は OK Y = W.X + 

実験の結果 Y = W.X + 

結論  独自で無痛な関節の堅さの in-vivo 推定法  簡単な実験システム : モーションキャプチャのみ : 無痛, 手軽, 衛生的 … 簡単に普及  医師の神経筋や筋肉の疾患の診断中に推定できる  上肢における推定を行う上で診断の動作には改善の余地がある  制限 : 線形モデル  リハビリテーションへの利用  ロボティクスへの利用 : ヒューマノイドロボット, 人工器官

どうもありがとうございました質問はありませんか？この実験は山本先生にお手伝いいただきました Contact: general: musculo-skeletal computations: