1994 Fiscal Year Annual Research Report

膝関節に生じる荷重とモーメントに関する数学モデルの構築と実計測

Research Project

Project/Area Number	05671228
Research Institution	School of Medicine, Kitasato University
Principal Investigator	塚本行男北里大学, 医学部, 教授 (40050398)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	藤江裕道北里大学, 医学部, 助手 (20199300)
Keywords	膝関節 / 荷重 / モーメント / ヤコビアン / 6軸力計 / ロボットシステム
Research Abstract	膝関節の機構を説明するモデルとして,GroodおよびSuntayの開発した6自由度モデルを用いた。このモデルに生じる変位を,同次変換を用いて記述した。同次変換には,膝6自由度の変位が含まれ、同次変換の内容が膝の6自由度の変位に左右されることを確認した。ついで,このモデルに生じる荷重およびモーメントを,ヤコビアンを用いて記述した。ヤコビアンには,膝6自由度の変位のうち,屈曲伸展と内外側方を除く4自由度の変位が含まれていた。そこで,膝に生じる荷重とモーメントの計測には,6軸力を測定するだけではなくて,この4自由度の変位を同時に計測する必要のあることが分かった。さらに,6自由度変位計および6軸力計により計測される結果から,膝関節に生じる荷重とモーメントを算出するための,座標系相互の記述を行った。以上の数学的な検討結果を用いて,膝関節に生じる荷重とモーメントの実計測を行った。インストロン材料試験機に,固定治具を介してヒト切断膝関節を屈曲角度30°にて固定した。クロスヘッドの上下動により脛骨に前方変位をあたえ,そのときの6軸力計の出力を記録した。前方後方変位以外を0と仮定することにより,先に求めたヤコビアンを用いて,膝関節に生じた荷重とモーメントを求めた。その結果,前方力が生じるのは,もちろんのこと,近位遠位力,内外反モーメント,屈曲伸展モーメント等が同時に膝関節に生じていること分かった。この結果は,臨床的な知識に一致するものであり,膝に生じる荷重とモーメントを求める本方法の妥当性を示している,と考えられた。また,本方法を既設の生体関節力学機能試験ロボットシステムに用いて,生体関節の3次元的な力学試験を行うことが可能であることを示した。

Research Products
(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] H.Fujie,G.A.Livesay,S.L-Y.Woo,S,Kashiwaguchi,and G.Blomstron: "The Use of a Universal Force-Momont Sensor to Determine In-Situ fonces in Ligamonts:A Now Methodology" Journal of Biomechanical Engineering. (in press). (1995)
[Publications] 藤江裕道、塚本行男、笹田直、馬渕清資: "膝関節動揺性試験における膝靱帯の張力分布-ロボティクスを用いた計測-" 日本機械学会論文集C編. (印刷中). (1995)
[Publications] 藤田正、二見俊郎、青木晴彦、中村一仁、塚本行男、藤江裕道: "非接触型3次元変位計測装置を用いた肘関節運動解析" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 15. 435-440 (1994)
[Publications] 藤江裕道、馬渕清資、塚本行男、G.A.Livesay、S.L-Y.Woo、笹田直: "膝関節の6自由度に生じる力とモーメントの計測" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 15. 354-349 (1994)
[Publications] 藤江裕道、柏口新二、G.A.Livesay、S.L-Y.Woo: "膝関節動揺性試験(Lachmanテスト)実行時に生じる前十字靱帯内張力の大きさと分布" 日本機械学会論文集A編. 60(578). 291-295 (1994)
[Publications] H.Fujie,K.Mabuchi,S.L-Y,Woo,G.A.Livesay,S.Arai,and Y.Tsukamoto: "The Use of Robotics Technology to Study Human Joint Kinematics:A new Methodology" Journal of Biomechanical Engineering. 115. 211-217 (1993)
[Publications] H.Fujie,S.L-Y.Woo G.A.Livesay,and K.Mabuchi: "Clinical Biomechanics and Relccted Research(Y.Hirasawa,C.B.Sledge,and S.L-Y.Woo Eds)" Springer-Verlag Tokyo, 429 (1994)

1994 Fiscal Year Annual Research Report

膝関節に生じる荷重とモーメントに関する数学モデルの構築と実計測

Principal Investigator

塚本 行男 北里大学, 医学部, 教授 (40050398)

Research Products

[Publications] H.Fujie,G.A.Livesay,S.L-Y.Woo,S,Kashiwaguchi,and G.Blomstron: "The Use of a Universal Force-Momont Sensor to Determine In-Situ fonces in Ligamonts:A Now Methodology" Journal of Biomechanical Engineering. (in press). (1995)

[Publications] 藤江裕道、塚本行男、笹田直、馬渕清資: "膝関節動揺性試験における膝靱帯の張力分布-ロボティクスを用いた計測-" 日本機械学会論文集C編. (印刷中). (1995)

[Publications] 藤田正、二見俊郎、青木晴彦、中村一仁、塚本行男、藤江裕道: "非接触型3次元変位計測装置を用いた肘関節運動解析" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 15. 435-440 (1994)

[Publications] 藤江裕道、馬渕清資、塚本行男、G.A.Livesay、S.L-Y.Woo、笹田直: "膝関節の6自由度に生じる力とモーメントの計測" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 15. 354-349 (1994)

[Publications] 藤江裕道、柏口新二、G.A.Livesay、S.L-Y.Woo: "膝関節動揺性試験(Lachmanテスト)実行時に生じる前十字靱帯内張力の大きさと分布" 日本機械学会論文集A編. 60(578). 291-295 (1994)

[Publications] H.Fujie,K.Mabuchi,S.L-Y,Woo,G.A.Livesay,S.Arai,and Y.Tsukamoto: "The Use of Robotics Technology to Study Human Joint Kinematics:A new Methodology" Journal of Biomechanical Engineering. 115. 211-217 (1993)

[Publications] H.Fujie,S.L-Y.Woo G.A.Livesay,and K.Mabuchi: "Clinical Biomechanics and Relccted Research(Y.Hirasawa,C.B.Sledge,and S.L-Y.Woo Eds)" Springer-Verlag Tokyo, 429 (1994)

塚本行男北里大学, 医学部, 教授 (40050398)