シミュレート膝による大腿・膝蓋関節部の運動形態と荷重負荷特性に関する実験的研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650186
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 広川 俊二 九州大学, 教養部, 教授 (80150374)
• Keywords: シミュレート膝 / 大腿・膝蓋関節接触圧 / 膝蓋骨の3次元運動 / 大腿拮抗筋収縮力 / 膝屈曲角 / 歩行動作

Research Abstract

シミュレート膝の形態,構造,寸法諸元等には、現実の生体膝関節のそれらとの厳密な対応が要求されるため、当初は死体膝を直接対象とした測定実験を繰返し、断片的ではあるが、種々の予備データを多数収集した。
次に、これら予備データの精度を検定したり、後に予定しているシミュレート膝での実験計画を容易にすることなどを目的に、当該関節部の数学モデルを作成し、種々の計算機シミュレーションを実施した。この計算機シミュレーションの結果は、シミュレート膝での実験計画の貴重な資料となり得ただけでなく、それ自体が有用な研究成果をもたらした。
歩行時の筋収縮力と膝屈曲角度との組合せデータに関しては、多数の研究結果が公表されているものの、研究者ごとに実験条件が異なり、結果に大きな隔りがあるため、本研究目的に合致したデータはほとんど存在しない事が判明した。そこで、この点に関しても、独自に人間の下肢モデルを構築し、一般性の高いデータを算出し、整理した。
前述した予備実験結果とシミュレーション解析の結果から、筋収縮力と関節接触力や膝蓋骨の3次元運動との間には、一定の相似則が成り立ち、現実のそれより低い筋収縮力でも目的とするデータが得られることが分かった。以上により、本研究で計画していたシミュレート膝を当初予定していた仕様に比べ、小型・軽量化したものに設計変更し、これを完成せしめた。種々の測定実験の結果、歩行時に人間の下肢は多様な運動形態を示すにもかかわらず、結果的に大腿・膝蓋関節部の接触応力がほぼ一様になるという興味ある結果を得た。

Research Products

• [Publications] S.Hirokawa: "Effects of Variation on Extensor Elements and Operative Procedures in Patellofemoral Disorders" J.Biomechanics. 25. 1393-1401 (1992)
• [Publications] 広川 俊二.松村 公志: "膝関節のバイオメカニクスと動筋・拮抗筋力" バイオメカニズム(11). 11. 153-165 (1992)
• [Publications] S.Hirokawa: "Biomechanics of Knee Joint" Biomedical Engineering.
• [Publications] S.Hirokawa: "In-Vitro Measurement of Patellofemoral Joint Contact Pressure during Various Kinds of Walking" 計測自動制御学会論文集.
• [Publications] S.Hirokawa et.al: "Influence of Muscular Contraction on the Joint Stability and Cruciato Ligaments Stresses" Proceedings of IEEE/EMBS Conference. 1703-1704 (1992)