ロボットを用いた膝関節靱帯損傷診断装置の開発ー3次元変位計測装置の応用ー

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63870061
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 塚本 行男 北里大学, 医学部, 教授 (40050398)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒井 伸治 三菱電機名古屋製作所, 開発部長 ; 南沢 育雄 北里大学, 医学部, 講師 (10146459) ; 藤江 裕道 北里大学, 医学部, 助手 (20199300) ; 馬渕 清資 北里大学, 医学部, 講師 (70118842) ; 二見 俊郎 北里大学, 医学部, 助教授 (70104536)
• Keywords: 多関節ロボット / 靱帯損傷診断 / 動物実験 / 臨床実験 / 剛性

Research Abstract

膝靱帯損傷診断法の1つに動揺性試験があり、これはきわめて有用な方法と考えられている。しかし、徒手により試験を行なうため、検者の主観が混じりやすく、定量的な試験結果を得ることは難しい。そこで、医師の手をロボットのハンドに置き換え、より定量的な、再現性の良好を膝靱帯損傷診断ロボットを作成することを発案した。
動物実験用の、プロトタイプの診断ロボットシステムを作成した。ロボットアクチュエータは三菱電機製RMー501を用いた。ロボットシステムの手動制御プログラム、試験用の遂次制御プログラムを作成した。このシステムを用いてイヌ膝関節の1、前後方動揺性、2、内外反動揺性を試験した。その結果、前後方試験時において、ロボットの位置精度が30%に低下することをつきとめた。これは、前後方試験では、荷重の伝達が直達するため、関節面でのアップヒル効果のあるためと考えられた。そこで、臨床応用用のロボットシステムにおいては、前後方試験時の位置精度を保証するために、最大過般重量を20kg以上にする必要があることが分かった。
以上予備実験の結果を踏まえて、臨床用の診断ロボットを作成した。下肢の固定具を作成し、ロボットハンドに固定した。その他、試験のための付属品、試験プログラムを作成し、診断ロボットシステムを完成させた。このシステムを用いて、1、健状人、2、患者(PCL、MCL損傷)の膝動揺性を測定した。健状人の場合、前方動揺性が300N/mm、後方動揺性が240N/mm、外反動揺性が20Nm/rac、内反動揺性が18Nm/racであることが分かった。それらに対し、PCL、ACL損傷した患者の場合、全体的に剛性値が10〜20%ほど低下することが分かった。特に、後方動揺時には顕著な剛性の低下がみられた。固定方法の改良を行なう必要があると考えられた。

Research Products

• [Publications] 塚本行男: 人工臓器. 15(6). 1924-1926 (1986)
• [Publications] 馬渕清資: 整形外科バイオメカニクス. 9. 95-99 (1988)
• [Publications] 藤江裕道: 整形外科バイオメカニクス. 9. 105-110 (1988)
• [Publications] 塚本行男: 理学療法学. 14(2). 93-102 (1987)
• [Publications] 藤江裕道: 整形外科バイオメカニクス. (1988)
• [Publications] 塚本行男: 整形外科. 38(2). 93-102 (1987)