次世代筋骨格モデルを用いたモデルベーストリハビリテーションの実現

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筋骨格モデルを扱う研究分野において、筋を直線や曲線で表現する幾何学的特徴の単純化は大きな問題である。特に、ヒトの肩関節のような複雑な解剖学的特徴を有する部位では、この単純化が運動力学計算結果に及ぼす影響は大きい。この問題を解決すべく、筋の形状や筋同士の干渉が十分に考慮された次世代筋骨格モデルの研究・開発が進んでいる。本研究課題では、次世代筋骨格モデルの妥当性検証に必要となる、筋の3次元形状と多自由度関節における筋の受動的張力の計測方法を確立した。筋の3次元形状計測には、超音波診断装置とモーションキャプチャーを組み合わせた3次元超音波イメージングを使用した。肩関節周囲筋を対象として2次元超音波画像を撮像し、同期したモーションキャプチャシステムの姿勢データをもとに2次元画像を再構成し、3次元超音波画像を構築した。セグメンテーションを行うことで筋の3次元形状モデルを作成し、MRIより作成した同様の形状モデルと比較した。その結果、体積の誤差は0.51cm3以下、形状の違いを表す表面間距離は1.21mm以下、ダイス係数は0.85以上という高精度な結果が得られ、筋形状計測における3次元超音波イメージングの有用性を確認することができた。多自由度関節における筋の受動的張力計測には、超音波診断装置せん断波エラストグラフィとモーションキャプチャシステムを用いた。3自由度の運動が生じる肩関節にまたがる筋を対象として、系統的に対象者の姿勢を変化させつつ、エラストグラフィによる筋の受動的張力計測とモーションキャプチャによる姿勢計測を行った。これにより、3次元空間内の多様な姿勢に対応した筋の受動的張力に関するデータを取得することができた。