ロボットシステムによる前十字靱帯再建術の工学的評価

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膝関節の主要な靱帯である前十字靱帯の再建術は、再建組織の由来、再建位置と再建方向、骨への固定方法などにより多くの方法に分類される。しかし、これらの再建術の良否が定量的に示されているとは言い難い。本研究では、膝関節の力学試験を多自由度のおいて行うことの可能な、関節力学機能解析シミュレータをヤギ膝関節およびヒト膝関節に用いて、健常膝および靱帯再建膝の力学機能の解析を行った。従来の試験装置における低剛性、低制御速度、狭い可動範囲等の諸問題を解決すべく設計・製作された、直動3軸、回転3軸のマニュピュレータを中心とした解析シミュレータ(平成7-8年度文部省科学研究費、試験研究B、課題番号:07557099、研究代表者:塚本行男)を基にして、関節固定のためにジグを設計製作し、ヒトおよびヤギ膝関節の力学試験を行える状態にした。代表者が解析した数式を関節の機構学的記述として用い、膝関節を臨床的自由度に沿って変位・および負荷させることの可能なシステムを構築した。このシステムを用いて、予備試験としてヤギ膝関節およびヒト膝の前後方引き出し試験、内外反試験、回旋試験等を行い、膝特有の現象が計測できることを確認した。また、前十字靱帯切断時に、前方引き出し時の剛性が有為に増加することを確認した。ヤギ膝を用いて、膝蓋靱帯を用いた前十字靱帯再建を行い、張力を20Nで30sec保持した後に再建を行った場合、再建時における膝の剛性が健常膝に比較して、有為な差を示さないことが分かった。しかし張力が40Nでは膝の拘縮が生じ、逆に10N以下では膝の弛緩が生じた。また、クリープ変形が十分生じてから再建を行うべきであることが判明した。