1992 Fiscal Year Annual Research Report
生体膝関節機能を有する人工膝関節の最適設計・試作・評価システムの開発
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04555038
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
村上 輝夫 九州大学, 工学部, 教授 (90091347)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
緒方 公介 福岡大学, 医学部, 教授 (40136437)
三浦 裕正 九州大学, 医学部, 助手
大月 伸男 九州大学, 教養部, 助教授 (60127991)
広川 俊二 九州大学, 教養部, 教授 (80150374)
日垣 秀彦 九州大学, 工学部, 助手 (00238263)
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| Keywords | 人工膝関節 / 生体関節 / 最適設計 / トライボロジー / バイオトライボロジー / バイオメニクス / 関節シミュレータ / 医用工学 |
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| Research Abstract |
本研究では,人工関節のかなでも設計指針の確立していない人工膝関節の性能向上をめざすものであり、生体膝関節にせまる機能を有する人工膝関節を設計・試作・評価するためのシステムを開発するものである.まず,生体本来の運動を可能にするために,生体膝大腿部の3次元形状をレーザ変位計により非接触で計測し計算機でデータ処理と曲面解析を行い,歩行時の立脚期と遊脚期で接触部位の曲率半径が大きく異なることを示した.この結果に基づき,二円弧型人工膝関節の設計試作と評価を試みた.すなわち,パソコンに連動した数値制御加工機により円筒型の一円弧デザインと各種の二円弧デザインを試作した.大腿部は,アクリル樹脂で,脛骨側は超高分子量ポリエチレンで試作した.円筒型に関しては,各種のクラウニング条件で作成した.
動的性能評価のために,パソコン-油圧制御方式により,歩行時の脛骨軸荷重と屈曲伸展運動に加えて,前後方向力や回旋運動をも模擬できる多機能の関節シミュレータを開発した.まず,各屈曲位における接触面圧力分布を感圧紙を利用して測定し,形状による接触面積の相違を比較した.次に,実際の歩行運動時(今回は脛骨軸荷重と屈曲伸展運動のみを模擬)における人工関節の潤滑膜形成と摩擦特性の評価を行い,形状の評価を行った.また,アクリル樹脂製大腿側にCCDカメラを取り付け,潤滑面の可視化により,潤滑膜形成状態の歩行時の変化を観測した.その結果,一円弧の円筒型が潤滑膜形成が良好で安定していたが,二円弧形状の接続法の工夫により遊脚期における流体膜の回復が促進されることがわかった.今後,さらに最適設計を進める予定である.
また,骨切除法,アライメント決定法,セメントレス固定法等について,最適置換法を検討するとともに,生体膝関節の機構解明も平行的に進めており,将来は人工膝関節の設計にも反映できる.
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[Publications] 村上 輝夫: "人工関節の潤滑性維持のためのトライボロジー技術" トライボロジスト. 37巻. 274-280 (1992)
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[Publications] 村上 輝夫: "軟質摩擦面を有する人工膝関節における流体潤滑機能(続報)" 整形外科バイオメカニクス. 13巻. 371-374 (1992)
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[Publications] Teruo Murakami: "Friction and Wear Characteristics of Sliding Pairs of Bioceramics and Polyethylene:Influence of Aging on Tribological Behavior of Tetragonal Zirconia Polycrystals" Bioceramics. Vol.5. 365-372 (1992)
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[Publications] Shunji Hirokawa: "Effects of variation on extensor elements and operated procedures in patellofemoral disorders" Jour.Biomechanics. Vol.25. 1393-1401 (1992)
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[Publications] Teruo Murakami: "The adaptive multimode lubrication in knee prostheses with compliant layer during walking motion" Proc.19th Leeds-Lyon Symp.on tribology. (1993)
