Modeling three-dimensional muscle stiffness based on three-dimensional ultrasound and elastography integration

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本研究課題では、ヒト生体の骨格筋を対象とし、その3次元形状と受動的張力の関係性を定量化することによって、骨格筋の柔軟性の新たな指標となる3次元筋スティフネスをモデル化することを目的としている。従来の筋スティフネスは筋を1次元的に捉えて過度に単純化し、筋の本来の3次元的な形状変化を考慮できていないという問題点があった。本研究では、この問題に対して、エラストグラフィーによる受動的張力計測と3次元超音波イメージングによる3次元形状計測という手法、さらに数学的アプローチによるモデル化を用いて取り組んでいる。当該年度では、超音波エラストグラフィーを用いて3次元的姿勢変化に伴う受動的張力の変化を計測できる実験環境を構築し、3次元姿勢と受動的張力の関係性の定式化を進めた。これまでの受動的張力の計測は、足や膝など2次元的運動しかない関節を跨ぐ筋を対象としており、肩のような3次元的運動をする関節に跨る筋は対象とされておらず、その計測を可能とする実験系は確立されていなかった。そこで本研究では、ダイナモメータを使用して被検者が力を抜いた状態で様々な上肢姿勢をとっている時に、エラストグラフィーによる受動的張力とモーションキャプチャによる上肢姿勢の同時計測が可能な実験環境を作成した。これにより、上肢の姿勢に対応した筋の受動的張力の値を獲得することができた。さらに、取得したデータを低次元空間で表現することによって、3次元姿勢と受動的張力の関係性を従来のモデルで定式化できる可能性があることまで分かりつつある。