ヒトの歩行時の下肢関節のコンプライアンス制御と脚の接地形態に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650302
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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): 松尾 重明 久留米工業大学, 工学部, 助手 (70258599) ; 山本 耕之 久留米工業大学, 工学部, 講師 (40158275) ; 山本 俊彦 久留米工業大学, 工学部, 助教授 (50182639)
• Keywords: 大腿骨 / ストレス・シールディング / 有限要素法 / 免荷装具 / 変形性股関節症 / 光弾性皮膜法 / 靱帯 / 磁気刺激

Research Abstract

1.シューズのクッション材によって人体(特に下肢系)への衝撃力がどのように変化するか,股関節に疾患を持つ患者の術前術後の歩行および健常者の歩行との比較を通して検討し,軟らかい材質が緩衝に優れていることを示した.
2.シューズの屈曲性がヒトの身体に及ぼす影響を検討した.その結果,屈曲性の良いシューズにエネルギー消費が少ないことを認めた.
3.大腿骨の擬似三次元モデルを構築し,骨頭および外転筋に圧縮力と張力をそれぞれ想定して骨全体の応力分布を計算した.さらに同モデルで表面置換型人工関節を考慮したところ,ストレス・シールディング現象がみられた.実際に人工関節置換後の患者の大腿骨部の骨塩量の低下とその現象がほぼ一致することを確認した.
4.股関節に作用する力を軽減する装具の強度解析や設計に有限要素法ソフトが有用であることを示した.さらにこの設計に基づいた装具の試作品を多数の患者の協力の下で評価したところ,痛みの軽減,増悪遅延,患者の活動の高まりが認められた.
5.片側変形性股関節症術前患者の歩行特性を調べ,同じ診断結果であっても歩行の運動特性が種々異なっていた.そこで異常歩行シミュレーション結果を基に,下肢関節部でのモーメント特性を求めることの重要性を指摘した.
6.光弾性皮膜法によって三次元的に靱帯の全域に亘って歪み測定が可能であることを示した.実際に家兎の内則側副靱帯および屍体人との腸脛靱帯を用いて検討した.
7.パーキンソン病患者の同意を得て頭部磁気刺激前後の歩行実験を行った結果,歩行特性にその効果を認めた.
今後,多自由度荷重実験装置による種々の引っ張り条件下での靱帯特性,静・動荷重下のヒールパッド特性を調べ,関節の安定機能と衝撃緩衝機能について検討する.また長時間歩行時の関節の安定化と衝撃力伝播について検討する.さらに生体計測に不可欠な精密三次元計測について研究を進める計画である.

Research Products

• [Publications] 渡辺裕一: "有限要素法(Adaptive p法)を用いた表面置換型人工股関節の力学的解析" 日本整形外科学会雑誌. 70. S1393 (1996)
• [Publications] 松尾重明: "クッション材と人体への衝撃加速度" 靴の医学. 9. 11-14 (1996)
• [Publications] 川上篤志: "シューズの屈曲性がヒトの身体に及ぼす影響" 靴の医学. 9. 44-48 (1996)
• [Publications] 田川善彦: "足接地時における人体への衝撃力-実験とモデル解析によるアプローチ-" バイオメカニズム 13(東京大学出版会). 113-124 (1996)
• [Publications] Naoto Shiba: "Biomechanical effect of hip joint moment reduction brace" SIROT'96 (Societe Internationale de Orthopedique et de Traumatologie). #15 (1996)
• [Publications] 中尾典孝: "パーキンソン病における歩行特性" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 17. 187-190 (1996)
• [Publications] 志波直人: "関節の機能傷害-関節モーメント測定について-" 総合リハ. 24. 909-913 (1996)
• [Publications] kouji Yamamoto: "Photoelastic study of deformation and strain distribution of anterior cruciate ligament" Abstract book of the 18th annual international conference I-EEE eng.60 (1996)
• [Publications] Miyazaki Kenichiro: "Impact loading on the foot and ankle at heel strike and its attenuation during level walking" Transaction of the 43rd annual meeting of orthopaedic research society. 22. 687 (1997)
• [Publications] Kouji Yamamoto: "photoelastic strain measurement of anterior cruiciate ligament" Proc.of the X IV IMEKO world congress. (発表予定). (1997)
• [Publications] kouji Yamamoto: "Stress strain measurement for orthopaedical investigation" Proc.of the X IV IMEKO world congress. (発表予定). (1997)