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2018 Fiscal Year Research-status Report

人工股関節の関節反力測定装置の開発

Research Project

Project/Area Number 18K12039
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

比嘉 昌  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90375197)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Keywordsバイオメカニクス / 人工関節
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、工股関節手術中関節反力測定装置を設計・製作し関節反力を計測することである。これまで、人工肩関節にて同様の研究を行ってきたため、そこで得られた知識と技術を股関節に応用することで、整形外科医からの要求である手術中の関節反力を測定することを実現させる研究である。計測装置の設計・製作から実測までを目指す。
人工股関節は、現在日本国内で年間約8万例の症例数が報告されている (2018 Japan Arthroplasty Registry report)。しかし、同時に再手術も行われており、その原因は様々である。この再手術や術後の問題(脱臼や骨折など)を最小化せるために手術中に軟組織の張力を適切に設定することは重要である。その張力を数値化することが本研究である。特に、この軟組織の張力は脱臼に大きく関係していることを、我々の研究グループは発見し、以前に報告を行った。そのためこの張力を適切に設定することで、脱臼をある程度予防できるのではないかと考えている。
初年度は、実際の人工股関節を研究協力者から提供いただき、形状データを取得した。その形状に合致するよう力計測センサの設計を行った。構造の設計を先に行い、電子回路の設計が現在途中である。
本研究の達成目標は
1. 既存THAの3Dモデル取得。2. 既存THAの形状に合わせた関節反力測定装置の設計。3. 試作品作成。4. 実験室レベルで校正・強度評価・精度測定。そして実測であった。初年度は1.と2.の途中まで行ったこととなる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究は、最終的に実際の手術中に人工股関節の関節反力を計測することである。3年計画の1年目として、構造設計と回路設計をある程度まで行った。さらに研究協力者の整形外科医らとの打ち合わせも行い、今後の方針も固まりつつある。
しかし最も小さいサイズの人工関節にて設計を行う必要があり、回路基板も含めて人工関節の中に全てを含む必要があるため、電子回路の設計は可能な限り小型化が求められる。そのため回路設計に時間を要しているため、やや遅れているとした。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、構造設計と電子回路の設計を行う。回路設計に重点をおいて小型化と高精度化を目指す。体内で拾ってしまうノイズ対策が回路内にて必要であるため、そのような回路を設計する。
設計後、試作品を作成し、外科医との打ち合わせによりフィードバックを得る。

Causes of Carryover

初年度は3Dプリンタ等の製作用備品を購入予定であったが、設計が遅れており製作に要する装置の購入は先送りとなったため。

  • Research Products

    (6 results)

All 2018

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] An Instrumented Trial Prosthesis for Intraoperative Measurements of Joint Reaction Forces during Reverse Total Shoulder Arthroplasty2018

    • Author(s)
      Masaru Higa, Chih-Chiang Chang, Christopher Roche, Aimee M. Struk, Kevin W. Farmer, Thomas W. Wright, and Scott A. Banks
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 30 Pages: 1989-1996

    • DOI

      10.18494/SAM.2018.1940

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Two different measurements of Isometric Strength of Elbow Flexors2018

    • Author(s)
      Masaru Higa, Nozomu Araki, Shintaro Nakatani and Hideki Toji
    • Organizer
      International Symposium on Aero Aqua Bio-mechanisms
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Analysis of the Knee Cartilage with Resultant Joint-Line Obliquity2018

    • Author(s)
      Masaru Higa, Hiroshi Nakayama, Shinichi Yoshiya
    • Organizer
      International Society for Technology in Arthroplasty (ISTA)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 筋骨格モデルを用いた外力と関節間力の推定2018

    • Author(s)
      比嘉昌、船見和貴、持永和樹、平井裕介、中林直也
    • Organizer
      第57回日本生体医工学会大会
  • [Presentation] 筋骨格コンピュータシミュレーションによる歩行中の外力と関節反力の計算2018

    • Author(s)
      船見 和貴,比嘉 昌
    • Organizer
      日本機械学会 第29回バイオフロンティア講演会
  • [Presentation] 関節反力を計測するシステムの開発2018

    • Author(s)
      平井 裕介,船見 和貴,比嘉 昌
    • Organizer
      日本機械学会 第29回バイオフロンティア講演会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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