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in vivo実験を代行する関節シミュレータによる深屈曲用人工膝関節の評価試験

使用替代体内实验的关节模拟器进行深屈曲人工膝关节的评估试验

基本信息

批准号：
24300201
负责人：
廣川俊二
金额：
$ 11.65万
依托单位：
Kyushu University (2013-2014)Saga University (2012)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当該年度は, 動的簡易有限要素モデルを用いた人工膝関節の深屈曲動作状態での応力変動解析を行った. 解析対象とした人工膝関節モデルは, 深屈曲対応型として注目を集めるモバイルベアリング型(以下MB型)である. MB型は, 関節面を形成する通常の摺動面に加えて, 脛骨インサートと脛骨コンポーネントの間に第2摺動面を有することを特徴とする. 深屈曲解析の結果より, 第2摺動面の存在により屈曲動作中の回旋動作を容易に獲得することができ, 結果として深屈曲位での力学的抵抗を軽減できることが明らかになった. また, 第2摺動面に摩耗粉等が存在し回旋抵抗が増加すると, 応力が上昇し安全性や耐久性が低下することが示唆された. 次いで, 生体力学的により自然な屈曲動作を再現するために, バーチャル膝関節シミュレータの開発を試みた. 実験用シミュレータモデルに骨・筋肉モデルを導入することでバーチャルシミュレータを構築し, 汎用人工膝関節を組み込んで屈曲解析を行った結果, 内旋動作をともなった最大100～120度程度までの屈曲動作を再現することができた.また, 股関節と膝関節を連動して生理的・能動的に駆動させる関節シミュレータおよびシミュレータ制御システムを開発し, 膝屈曲運動をさせた時の筋力と関節間力を計測する実験を行った. 本関節シミュレータは, 1) 自身の筋力による能動駆動方式を用いること, 2) 股関節と膝関節が連動する機構を用いること, 3) 1関節2アクチュエータ駆動であること, 4) 生理的な条件で荷重(=体重)負荷が行われること, 5) 深屈曲動作を再現できること, の条件を満たすものであり, 筋肉に模したワイヤーをモータで駆動することにより目標通りの股関節と膝関節の連動運動を生成した. また, 脛骨側人工膝関節下および膝蓋骨に設置されたカセンサにより関節間力を計測した. 開発した制御システムは, 目標通りの股関節と膝関節の連動運動を実現させるために必要な各ワイヤー張力を制御するものである. 実験の結果, 現状では生理的な運動を十分には再現することができていないものの, 静的な条件での実験によって測定された膝関節力は, 従来のシミュレーションによる計算やin vivo実験の結果と大きく異なるものではないことが分かった.

When this year, the simple finite element analysis of motion is used to analyze the force variation of artificial knee joint in deep flexion motion state. Analysis of artificial knee joint: deep flexion type: focus type (MB type) MB type, articular surface formation, normal bending surface addition, tibial joint, tibial joint, joint, The results of deep buckling analysis show that the existence of the second bending surface makes it easy to obtain the rotation motion in buckling motion, and the mechanical resistance of deep buckling position decreases. In addition, the friction powder on the second folding surface increases, the rotation resistance increases, the strength increases, the safety decreases, and the durability decreases. Next, while the natural flexion movement of biomechanics can be reproduced, the development of the knee joint will be tested. The results of flexion analysis of knee joint for general use are as follows: internal rotation movement is maximum 100~120 degrees and flexion movement is reproduced. In addition, the knee joint and the thigh joint are linked to each other, and the physiological, active, and movement of the knee joint is measured. 1) The joint is free from motion, 2) The joint is free from motion, 3) The joint is free from motion, 4) The physiological condition load (= weight) Load is free from motion, 5) The deep flexion motion is free from motion, The muscles and muscles are connected to the hip joint and knee joint. To measure the joint force between the knee joint and the knee joint. To achieve this goal, the joint movement of the thigh and knee joints is necessary to control the tension of the joints. The results of this study are as follows: 1. The physiological movement of the knee joint is very similar to that of the knee joint. 2. The static condition of the knee joint is very similar to that of the knee joint.