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

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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．