2017 Fiscal Year Annual Research Report
パーソナライズド人工関節の実現に向けた人間の筋骨格・有限要素解析統合モデルの構築
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16H05874
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山本 江 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (20641880)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | デジタルヒューマン / 有限要素解析 / 最適化計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度において、ダッソーシステムズ社の従来研究を元に人工関節インプラントを埋め込んだ筋骨格モデルを構築し、筋骨格解析とインプラントの有限要素解析を統合したシミュレーション・プログラムを実装した。本年度は、このモデルを全身の筋骨格モデルと統合することを目指し、研究を行った。特に本研究では患者個人の力学特性を持った筋骨格モデルの構築を目指しており、そのためには個人の力学パラメータを推定する必要がある。力学パラメータには身体部位の質量の他に重心、慣性モーメントといったパラメータが含まれるが、これらのパラメータは力学的な拘束条件を満たすように推定される必要がある。そこで、半正定値計画法により拘束条件を保証するパラメータ推定法を開発し、力学パラメータが既知なヒューマノイドロボットを用いて手法を実験的に検証した。また、全身モデルにおいて順動力学計算を行う際に必要な、人間のバランス制御を模したコントローラについても研究を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初、全身筋骨格モデルと人工関節有限要素モデルを統合し、モーションキャプチャ計測によって検証する予定であったが、統合モデルとして基盤技術の開発は進めたものの、力学パラメータ推定法の見直し等を行ったこともあり、モーションキャプチャによる検証については十分には行えていない状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
モーションキャプチャ計測によるシミュレーションモデルの評価について重点的に取り組む必要がある。昨年度から研究代表者の所属する研究グループでは、従来の光学式マーカを用いたモーションキャプチャだけでなく、マーカを用いることなくカメラ画像のみからモーションキャプチャを行う技術が開発された。従来よりも簡便に運動の計測ができるため、本研究課題においてもこの新しい計測技術を用いることでシミュレーションモデルの検証を引き続き行っていく。
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