メカトロニクス機能を有するインテリジェント膝装具の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11794034
• Research Institution: Kyushu Sangyo University
• Principal Investigator: 日垣 秀彦 九州産業大学, 工学部, 助教授 (00238263)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 裕正 九州大学, 医学部, 講師 (10239189)
• Keywords: バイオメカニクス / リハビリテーション / 膝装具 / メカトロニクス / 瞬間回転中心軸 / 6自由度運動 / 変形性膝関節症 / 十字靱帯損傷

Research Abstract

本研究開発の対象となっているインテリジェント装具は,パラレルに配した6個のセンサーによる5自由度(膝内外側移動を除く)の運動計測と4自由度(屈曲と内外側移動を除く)のアクチュエーションによりメカトロ化されている.試作器において,運動計測はバイオメカニクスの観点から必要とされる精度を十分にクリアーしているが,アクチュエーションが十分な出力を得るためには重量・体積共に計画より大型のものとなった。
生体に対する効果を検証するために,静的な条件における外力が頸骨-大腿骨間の相対関係に及ぼす影響を,オープンMRIを用て確認した.荷重に依存して瞬間回転中心が移動することが確認された.さらに,荷重下・動的条件下における各症例に対する治療計画を試作器を用いてソフト化しており,各症例における症状に応じた味可変パラメータを検討している.
本研究における生体組織の過負荷を回避するメカトロ機能は,現時点でアクチユエータ等の小型化に限界があり,同機能の他への応用を模索した.整形領域術後のリハビリテーションに用いられているCPM(Continuous Passive Motion)は,症例に応じ患部の緊張や過大応力等の発生が危惧されており,本開発技術の転用により大きな効果が期待された.従って,症例に対応したプログラムを実行できる5軸制御CPMの試作を行った.
インテリジェント装具に関し臨床的なアイデアの有効性は概ね確認されたが,研究開始当初より問題点として挙げられていたメカトロ機構の小型化は現状の技術では困難であり今後,専用の小型高出力アクチュエータも含め開発を進める.

Research Products

• [Publications] Kosaku KURATA: "Mechanical strain effect on bone resorbing activity and mRNA expressions of marker enzymes in isolated osteoclast culture"Journal of Bone and Mineral Research. 16(4). 722-730 (2001)
• [Publications] 蔵田 耕作: "機械的刺激に対するラット尾椎の適応リモデリング-マイクロCT計測と三次元応力解析による検討-"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 22. 179-183 (2001)