Total hip arthroplasty support system using a simulator that integrates virtual and real human body model

使用集成虚拟和真实人体模型的模拟器的全髋关节置换术支持系统

基本信息

批准号：
22K12804
负责人：
花房昭彦
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

牽引装置を利用する人工股関節手術を対象とし，より安全な手術を実施可能な手術支援システムの構築が研究目的である．現状，牽引操作は医師の判断と経験によって行われているが，より安全な手術のためには客観的な指標が必要であるため， 6軸の力センサを装着した牽引部の開発と製作を行い，牽引装置に搭載した．本装置は，医療機器として登録されており，手術時に使用可能である．牽引台の計測部では，回旋モーメントの計測限界が6Nmであったが，新たに30Nmまで計測可能なFFS080YS102A6S(レプトリノ社)が搭載可能となるようにブーツ牽引治具の改良を行った．また慣性センサ(TAG289N1000:多摩川精機)を治具に搭載できるようにし，牽引ブーツ部の外内旋角度，伸展・屈曲角度，外内転角度が計測可能となった．股関節部にかかる牽引力計測可能な下腿の人体ダミーモデルに関しては，人体の骨格モデルに粘土を付加して8.05kgとしたモデルを作成した．股関節部を脱臼させ，大腿直筋，縫工筋，半腱様筋を模擬した筋肉モデルを外径15mm，内径6mmのシリコンチューブで作成して接続した．またシリコンチューブの中間に張力センサ(TCLS-50L:東洋測器)を搭載し，筋モデルの張力計測可能なシステムを構築した．仮想人体モデルに関しては，動力学解析可能なPTC社のCreoを用いて構築した．ダミー人体モデルに使用された骨格モデルの三次元形状を３Dスキャナで計測し，牽引台についても寸法を計測してほぼ実寸大のCADモデルを作成した．また実物と同様の牽引，外内旋，伸展・屈曲，外内転動作が可能なように，ジョイントを定義したモデルとした．ダミーモデルと同様，大腿直筋，縫工筋，半腱様筋をバネモデルとして定義した．人体モデルの骨盤から上部を牽引モデルに搭載し，足部を牽引治具に固定することによって，牽引時の解析が行えるようにした．

该研究旨在建立一个可以进行更安全的手术的手术支持系统，以使用牵引装置来针对人造髋关节手术。目前，根据医生的判断和经验进行了牵引操作，但需要进行更安全的手术，因此开发和制造了带有六轴力传感器的牵引力部分，并安装在拖车设备中。该设备被注册为医疗设备，可以在手术期间使用。拖放平台中旋转时刻的尺寸限制为6nm，但是改进了靴子拖曳夹具，因此可以安装最高30nm的新型FFS080YS102A6S（Reptorino）。另外，可以将惯性传感器（TAG289N1000：Tamagawa Seiki）安装在夹具上，允许测量外部内部旋转角度，扩展/弯曲角度和牵引启动部分的外部内收角。关于下腿的人体虚拟模型，该模型可以测量应用于髋关节的牵引力，创建了一个模型，以在人体的骨骼模型中添加粘土，以使其8.05kg。髋关节脱位，并使用外径为15 mm，内径为6 mm，内径为6毫米的硅管形成了模拟股直肌，sartoris和sartendinosus肌肉的肌肉模型。此外，安装在硅管中间的张力传感器（TCLS-50L：Toyo Soki），创建一个可以测量肌肉模型张力的系统。虚拟人体模型是使用PTC的CREO构建的，该模型可以分析动力学。使用3D扫描仪测量了虚拟人体模型中使用的骨骼模型的三维形状，还测量了TOW平台的尺寸，以创建几乎完全尺寸的CAD模型。另外，定义了关节，以便像实际产品一样可以相同的牵引力，内部旋转，伸展和屈曲以及外部内收运动。与虚拟模型相似，将股骨直肌，sartorisus和semitendinosus肌肉定义为春季模型。人体模型的上部安装在牵引模型上，脚固定在牵引夹具上，从而可以在牵引过程中进行分析。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

人工股関節置換術支援システムの開発－６軸力覚センサによる牽引負荷計測システムの改良―

人工髋关节置换手术支持系统的开发 - 使用6轴力传感器的牵引负荷测量系统的改进 -

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akihiko Hanafusa;Hiroki Kato;Syuna Hara;Aimi Kato;Shahrol Mohamaddan;Motoki Takagi;Tomonori Baba;Yasuhiro Homma;Yasuhumi Oishi;加藤拓樹，花房昭彦，Shahrol Mohamaddan，高木基樹，大石泰史，馬場智規
通讯作者：
加藤拓樹，花房昭彦，Shahrol Mohamaddan，高木基樹，大石泰史，馬場智規

Development of a total hip arthroplasty support system that includes dummy and virtual lower-limb models

开发全髋关节置换术支持系统，包括假人和虚拟下肢模型

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akihiko Hanafusa;Hiroki Kato;Syuna Hara;Aimi Kato;Shahrol Mohamaddan;Motoki Takagi;Tomonori Baba;Yasuhiro Homma;Yasuhumi Oishi
通讯作者：
Yasuhumi Oishi