Research on construction of mechanical model for lower extremity joints

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02023
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: Kobayashi Koichi 新潟大学, 医歯学系, 教授 (70296317)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 近藤 達也 新潟大学, 医歯学系, 助教 (30821813) ; プラムディタ ジョナス 日本大学, 工学部, 准教授 (50615458) ; 田邊 裕治 新潟大学, 自然科学系, フェロー (60143020) ; 大森 豪 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 教授 (70283009) ; 坂本 信 新潟大学, 医歯学系, 教授 (80215657)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 下肢関節 / 個体別形状モデル / 生体内評価 / 構造機能解析 / 変形性膝関節症 / 前十字靭帯 / 人工膝関節

Outline of Final Research Achievements

To understand biomechanics in lower extremity joints, static joint alignment under weight-bearing conditions and the relationship between knee joint motion and joint structure were investigated. In osteoarthritic knees with varus and valgus deformations, the passing position of ground reaction force was significantly posteriorly at the knee joint. There was no obvious difference in knee motion under loading before and after anterior cruciate ligament injury. In the total replacement knee joints, the component geometry defined the amount of sliding and relative motion at the joint. In order to accurately measure the posterior tilt, which is a characteristic of the proximal tibial articular surface structure, a semi-automatic method for estimating the joint range was presented.

Free Research Field

生体力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本邦では変形性膝関節症患者のうち痛みなど症状をもつ有症者は７００万人、寝たきりの原因となる大腿骨頚部骨折は年間１５万件以上、若年者に多い膝前十字靱帯損傷が年間４～５万件、半月板損傷が１万件発生している。本研究課題では立位荷重下において、被験者別の関節形状を考慮して関節アライメントならびに関節運動を評価し、関節構造との関係について検討した。得られた結果により下肢関節のバイオメカニクスに対する理解が深まり、関節力学モデル構築に資する点が本研究の学術的意義と考える。加えて、上記関節疾患の発生および進行メカニズムの解明や効果的な予防法、治療法の開発に寄与できることが臨床的意義である。