四次元骨格・骨格筋モデルを用いた人工股関節設置後患者の動作解析システムの開発

使用四维骨骼/骨骼肌模型开发安装人工髋关节后患者的运动分析系统

• 批准号: 15790805
• 负责人: 大竹 義人
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Jikei University School of Medicine
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15790805/
• 关键词: コンピュータグラフィックス; バーチャルリアリティ; 四次元動作解析; 人工股関節全置換術; 人体モデル

1.筋張力と筋の走行の定量的な解析が可能な患者個別の四次元骨格・骨格筋モデルの構築昨年度までに、CT画像からの骨領域のセグメンテーションおよび骨格形状モデルの作製、股関節周辺筋の起始・停止位置に基づく筋肉モデルの作製方法の開発を行った。また、実際に股関節の駆動に関係する7つの筋肉および筋肉群のモデルを構築し、動作時における各筋肉の筋肉長の変化をグラフ化することが可能なシステムの開発を行った。本年度は、開発した患者個別の四次元骨格筋モデルを日常臨床の現場で使用可能とするため、モデル構築に要する時間の短縮、および医師による評価を行った。この結果、股関節周辺の筋の形状・走行を含めた解剖学的構造を熟知した医師が作業を行うことで、CT撮影後約2時間程度でモデル構築が可能となり、また構築した筋モデルの走行、伸縮方向に関しても、実際の筋肉の伸縮に近い形でのシミュレーションが可能となったとの医師による評価を受けた。2.リアルタイム動作計測を用いた股関節脱臼予測システムの開発開発した四次元骨格・骨格筋モデルを用いてよりわかりやすく患者に対する動作指導を行うため、モーションキャプチャをリアルタイムで行い、母者の動作中にその場で股関節周辺の骨格や骨格筋の駆動状況を提示できるシステムを開発した。また、患者の内部構造を左右反転して表示する機能を作製することで、患者は鏡を見ているかのように自身の内部構造の駆動状況を観察することが可能となった。3.筋モデルにより推定される筋張力の検証のための骨頭圧力分布計測システムの開発昨年度までに基本仕様を決定した骨頭型圧力センサを含む骨頭圧力分布計測システムの術場での試用を行った。また、この際術中の様々な操作によりセンサの破損が頻繁に生じたため、センサの耐衝撃性および防水性を向上させるための構造的な改良も行った。

1. Muscle tension direction の と jin の quantitative analytical が な may な individual の four yuan in patients with bone, bone tendons モ デ ル の building yesterday annual ま で に portraits, CT か ら の bone area の セ グ メ ン テ ー シ ョ ン お よ び bone shape モ デ ル の section for stock system, masato 辺 jin zhou の starting, stop position に base づ く brawn モ デ ル の の system method for 発 を line っ た. ま た section, the event be に masato の 駆 dynamic に masato is す る 7 つ の brawn お よ び brawn group の モ デ ル を constructing し, gesture に お け る all brawn の brawn long の variations change を グ ラ フ change す る こ と が may な シ ス テ ム の open 発 を line っ た. This annual は, open 発 し た patients individual の four yuan skeletal muscle モ デ ル を daily clinical using で の site may と す る た め, モ デ ル build に to す る time の shortening, お よ び physicians に よ る review 価 を line っ た. こ の results, shares masato weeks 辺 の reinforcement の line shape, walk を containing め た を anatomy structure known as し た physicians が line homework を う こ と で, degree of CT of winner about 2 time で モ デ ル build が may と な り, ま た build し た reinforcement モ デ ル direction and the direction of expansion の に masato し て も, be interstate の brawn の telescopic に nearly い form で の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が may と な Youdaoplaceholder0 Physician による comments 価を accepts けた. 2. リ ア ル タ イ ム movement measuring を with い た shares masato dislocated section can be シ ス テ ム の open 発 発 し た four yuan bone, bone, muscle モ デ ル を with い て よ り わ か り や す く patients に す seaborne る action guide line を う た め, モ ー シ ョ ン キ ャ プ チ ャ を リ ア ル タ イ ム で い, mother is の action in に そ の field で shares masato festival week 辺 の bone や skeletal muscle の 駆 Dynamic status を prompt で るシステムを るシステムを development た. を ま た, patient の internal structure about the planning し て said す る function を cropping す る こ と で, patient は mirror を see て い る か の よ う に の internal structure itself の 駆 dynamic condition を 観 examine す る こ と が may と な っ た. 3. Jin モ デ ル に よ り presumption さ れ る muscle tension の 検 card の た め の bone pressure distribution measuring シ ス テ ム の open 発 yesterday annual ま で に basic shi others を decided し た bone type pressure セ ン サ を containing む bone pressure distribution measuring シ ス テ ム の art field で の line trial を っ た. ま た, こ の interstate intraoperative の others 々 な operation に よ り セ ン サ の frequent breakage が に raw じ た た め, セ ン サ の blunt shock resistance お よ び waterproof を upward さ せ る た め の line structure of modified も な っ た.

项目成果

Hagio K, Sugano N, Nishii T, Miki H, Otake Y, Hattori A, Suzuki N, Yonenobu K, Yoshikawa H, Ochi T: "A novel system of four-dimensional motion analysis after total hip arthroplasty"Journal of Orthopaedic Research. (in press). (2004)

Hagio K、Sugano N、Nishii T、Miki H、Otake Y、Hattori A、Suzuki N、Yonenobu K、Yoshikawa H、Ochi T：“全髋关节置换术后四维运动分析的新型系统”骨科研究杂志。

大竹義人, 鈴木直樹, 服部麻木, 三木秀宣, 山村在慶, 中村宣雄, 菅野伸彦, 米延策雄, 越智隆弘: "四次元骨格・骨格筋モデルを用いた人工股関節設置後患者の術後動作解析システム"日本コンピュータ外科学会誌. Vol.5, No.4(印刷中). (2004)

Yoshito Otake、Naoki Suzuki、Asaki Hattori、Hienobu Miki、Zaikei Yamamura、Nobuo Nakamura、Nobuhiko Kanno、Kazuo Yonenobe、Takahiro Ochi：“使用四维骨骼/骨骼肌模型系统对人工髋关节安装后患者的术后运动进行分析”日本计算机外科学会杂志，第 5 卷，第 4 期（印刷版）（2004 年）。

四次元骨格・骨格筋モデルを用いた人工股関節設置後患者の術後動作解析システム

使用四维骨骼/骨骼肌模型对安装人工髋关节后的患者进行术后运动分析系统

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本コンピュータ外科学会誌 6巻1号
• 作者: 大竹義人;鈴木直樹;服部麻木;三木秀宣;山村在慶;中村宣雄;菅野伸彦;米延策雄;越智隆弘
• 通讯作者: 越智隆弘

A novel system of 4-dimensional motion analysis after total hip arthroplasty

全髋关节置换术后4维运动分析的新型系统

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Orthopaedic Research 22巻3号
• 作者: K.hagio;N.Sugano;T.Nishii;H.Miki;Y.Otake;A.Hattori;N.Suzuki;K.Yonenobu;H.Yoshikawa;T.Ochi
• 通讯作者: T.Ochi

Four-dimensional patient-specific musculoskeletal model of the patient after Total Hip Arthroplasty

全髋关节置换术后患者的四维患者特异性肌肉骨骼模型

• 发表时间: 2004
• 期刊: International Congress Series vol.1268C
• 作者: Y.Otake;N.Suzuki;A.Hattori;M.Yamamura;N.Nakayama;N.Sugano;K.Yonenobu;T.Ochi
• 通讯作者: T.Ochi