運動力学シミュレーション解析に基づくジュエット型装具の生体力学効果の検討

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K22503
• Research Institution: Hokkaido University of Science
• Principal Investigator: 三富 菜々 北海道科学大学, 保健医療学部, 助教 (30880554)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 体幹装具 / 高齢者 / 椎体圧迫骨折 / 筋骨格モデリングシミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

1.シミュレーションの作成：先行研究で明らかになっている人の質量比，重心位置，骨強度，靭帯張力，筋張力などを固有パラメータとして，モーションキャプチャーの力学計算モデルに与え，椎体部の動きに伴って発生する応力を推定できるシミュレーションモデルを構築し，可視化した．さらに、直立立位から前屈をし，また直立に戻るという動作のシミュレーションを作成した．
2.装具パラメーターの作成：体幹脊柱部のランドマークとなる赤外線反射マーカを貼付し，床反力計（三次元の力を計測する計測機器）と同期して，三次元動作解析装置（3D）でのモーションキャプチャーを行い身体骨格の三次元空間座標と3方向の力を取得した．さらに，ジュエット型装具の金属支柱部にひずみゲージを貼付し，装具が発生している力を計測できるように専用の計測装置を製作した．次に(1)装具を装着せず前屈を行い立位に戻る，(2)装具を装着せず前屈を行い重りを持ち上げながら立位に戻る，(3) 装具を装着し前屈を行い立位に戻る，(4) 装具を装着し前屈を行い重りを持ち上げながら立位に戻る，の4つの条件で計測を行った．
3.椎体にかかる力の計算：次に2.で得た装具が発生している力のデータをシミュレーションモデルに加え装具装着時と装具非装着時の椎体にかかる力をシミュレーションした．先行研究を参考に骨量パラメーターおよび脊柱の変形の程度をパラメーターとして与え，骨折部位に発生する応力を計算した．