異常歩行解析のための疾患関節モデルの開発と脚接地時の衝撃力の評価法

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650292
• Research Institution: Kurume Institute of Technology
• Principal Investigator: 田川 善彦 久留米工業大学, 工学部, 教授 (70122835)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 耕之 久留米工業大学, 工学部, 講師 (40158275)
• Keywords: ヒトの異常歩行 / シミュレーション / 接地形態 / 衝撃力 / 衝撃加速度 / 衝撃緩衝材 / 靱帯の応力緩和 / 歩行装具

Research Abstract

1.靱帯損傷の修復術を,靱帯の応力緩和特性に近い自家移植片および緩和の大きい補強靱帯に相当する二つの特性に近い高分子材料で模擬した.二材間の荷重負担変化を,定ひずみ,繰り返し荷重下で調べ,補強術指針の一つを得た.
2.異常歩行時の補償動作の軽減策は老人や幼児の歩行様式に類似した.また歩行補助具としての杖の力学的効果を異常歩行モデルで検討し,健常脚側での杖の使用が疾患脚の下肢関節に作用する力を軽減し上体の姿勢改善に有効であること示した.
3.変形股関節症者用の短下肢免荷装具の座骨支持部荷重検出システムを開発し,歩行時の外転筋活動の低減に効果があることを実験により示した.さらに立脚相での大腿部運動と装具の免荷特性の関連を調べ装具の改善について示唆した.
4.脚接地時の足部が衝撃力をうまく緩和し,足首固定では膝部に緩衝作用がみられることが歩行実験で明らかとなった.しかし足首固定では足首での衝撃加速度が踵部と同様大きな値を示した.これらは5剛体平面モデルで提案された衝撃力楕円体による解析結果と一致した.患者の足首や膝関節を固定する装具を装着した歩行で検討すべき課題の一つを得た.
5.ヒトの歩行における接地時の衝撃力と加速度との対応が必ずしも明確ではないことを等価質量の考えで説明した.
6.シューズの踵に挿入した衝撃力緩衝材が硬くなるにつれ,大腿直筋の活動が他の筋群と比較して有意に活発となることを走行実験で認めた.そして緩衝材の硬さと筋疲労との関連性を指摘した.
今後,屍体人による衝撃伝播の実験とモデル解析,歩行実験による老人や関節疾患者の歩行特性と補償動作の解析およびその結果に基づく疾患関節の定量的モデル化,ラットを用いた筋・靱帯の特性実験などを行う計画である.

Research Products

• [Publications] 田川善彦: "Simulation of Human Steady Walking by Model Having a Lost Function at the Leg Joint" Cybernetics and Systems '94(World Scientific). 855-862 (1994)
• [Publications] 田川善彦: "関節機能に制約のある2足歩行モデルの歩行特性と補償動作" バイオメカニズム12(東京大学出版会). 159-172 (1994)
• [Publications] 宮崎憲一郎: "通常歩行時に踵及び下肢荷重関節に加わる衝撃について" 日本整形外科学会雑誌. 68. S1319- (1994)
• [Publications] 田川善彦: "Impact in Biped Contact Associated with Leg Configuration" Proc.of the 9th World Congress on the theory of Machines and Mechanisms. (1995)