Study on the kinematic measurement and durability assessment for the artificial knee joint by using a robot

机器人人工膝关节运动学测量及耐久性评估研究

• 批准号: 17300156
• 负责人: HIROKAWA Shunji
• 金额: $ 9.9万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17300156/
• 关键词: Simulation Engineering; Biomaterial; Biology・Biomechanics; Tribology; Clinical Medicine; Artificial Knee Joint; X-ray Photography; Robot; シュミレーション工学

In this study, we proposed three ideas to improve a kinematic estimation algorithm for Total Knee Arthroplasty. The first was a two-step estimation algorithm that improves estimation accuracy by excluding certain assumptions needed for the current pattern matching algorithm. The second was incorporating a 3D geometric articulation model into the algorithm to improve estimation accuracy substantially for the depth translation, and to introduce contact points' trajectories between the articular surfaces. The third was an algorithm to process estimation even when the silhouettes of two components overlap. To assess our algorithm's potential for clinical application, we carried out two experiments. First, we used a robot to position a prosthesis. Estimation accuracy was checked by comparing input data to the robot with the estimates from X-ray photographs. Incorporating our articulation model remarkably reduced the error in the depth translation. Next, we performed a clinical assessment by applying the algorithm and articulation model to fluoroscopy images of six patients who had recently had TKA.

在这项研究中，我们提出了三个改进全膝关节置换术的运动学估计算法的想法。第一个是两步估计算法，它通过排除当前模式匹配算法所需的某些假设来提高估计精度。第二步是将三维几何关节模型整合到算法中，以大幅提高深度平移的估计精度，并引入关节表面之间的接触点轨迹。第三是一种算法，即使在两个组件的轮廓重叠时也能处理估计。为了评估我们的算法在临床应用中的潜力，我们进行了两个实验。首先，我们用机器人来定位义肢。通过比较机器人的输入数据和x射线照片的估计来检查估计的准确性。结合我们的发音模型，可以显著降低深度翻译的误差。接下来，我们通过将该算法和关节模型应用于最近患有TKA的6例患者的透视图像进行临床评估。

项目成果

膝の完全深屈曲時の筋電信号解析

膝关节完全深屈时的肌电信号分析

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本臨床バイオメカニクス学会誌 28
• 作者: 木口量夫;他
• 通讯作者: 他

人工膝関節の三次元モデル解析--高屈曲域におけるPSタイプおよびCRタイプ人工膝関節運動の接触状態

人工膝关节三维模型分析--PS型和CR型人工膝关节高屈曲范围运动的接触状态

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本臨床バイオメカニクス学会誌 28
• 作者: 坂口淳平;他
• 通讯作者: 他

人工膝関節運動の三次元モデル解析- 第一報 : 人工関節置換膝の三次元力学モデル -

人工膝关节运动三维模型分析 - 第一篇报道：人工膝关节置换术三维力学模型 -

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機会学会論文集(C編) 72巻、713号
• 作者: 香田健史;勝原忠典;廣川俊二;大月彩香
• 通讯作者: 大月彩香

パターンマッチング法による人工膝関節の動態推定--X線撮影像を対象とした精度評価

模式匹配法人工膝关节动态估计--X射线图像精度评估

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本臨床バイオメカニクス学会誌 28
• 作者: 吉田太郎;他
• 通讯作者: 他

X線単面投影像による人工膝関節の動態推定(大腿・脛骨コンポーネント投影像のオーバラツプ問題とその対策)

利用单平面X射线投影图像估计人工膝关节的动力学（股骨和胫骨组件投影图像的重叠问题及其对策）

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会論文集(C編) 72
• 作者: 廣川俊二;他
• 通讯作者: 他