超音波画像を用いた伸張反射感受性の計測

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伸張反射は,筋長センサ(筋紡錘)が伸張されるとそのインパルスが脊髄へ伝達され,無意識に筋収縮を生じるという定型的な応答を呈する.ところが,異なる筋間でこれらの伸張反射応答を比較する場合,たとえ同じ関節に同じ機能を有する筋でも,起始-停止位置が異なり,すなわち関節角度変化あたりの筋長(筋紡錘長)変化が異なり,単純に反射応答の大きさを比較できない.さらに,筋線維は筋の起始-停止方向に平行に収縮するのではなく,様々な形状で腱に筋収縮力を伝達している.したがって,その筋線維とほぼ同様に機能する筋紡錘の長さ変化は,たとえ同じ関節角度変化であっても与えられる刺激強度が筋によって異なるので,骨格筋間において伸張反射応答を直接比較することは困難である.そこで,本研究の目的は,筋線維長変化を非侵襲でin vivoに超音波画像を用いて解析し,伸張反射感受性の計測方法を確立するとともに,適切な伸張反射感受性計測システムを構築することである.平成14年度文部科学省研究設備整備費補助金申請で超音波画像診断装置が導入できたので,格段に超音波画像の解像度や画像取得サンプリングレートが130Hzに向上した.この装置を用いて,静的および動的な筋線維長変化を計測できる計測支援ソフトウェアを開発できた.その結果,二次元超音波画像から数十本の筋線維を自動的に同定し,動的に自動追尾することが可能となった.新たなアクチュエータとして,空圧モータの導入を計画したが,ダイレクトドライブ(DD)モータに比べて大きな角速度および角加速度を得ることができたが,速度制御が困難であることから,当初の通りDDモータを用いてシステム構築を行った.足関節,肘関節,手指関節用の反射誘発装置を開発することができ,上記の超音波画像計測支援ソフトウェアを用いて,伸張反射と筋線維動態の同時計測を可能にする伸張反射感受性計測システムを構築することができた.