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変形性膝関節症に対する高精度膝関節解析と3次元筋骨格モデルによる研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K01552
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 リハビリテーション科学・福祉工学
研究機関秋田大学

研究代表者

畠山 和利  秋田大学, 医学部附属病院, 理学療法士 (50748291)

研究分担者 巖見 武裕  秋田大学, 理工学研究科, 教授 (10259806)
島田 洋一  秋田大学, 医学系研究科, 教授 (90162685)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード変形性膝関節症 / 3D to 2D registration / 3次元筋骨格モデル / 2D/3D registration / 3次元全身筋骨格モデル
研究成果の概要

本研究の目的は,①筋骨格モデルをAnyBodyで再構築すること,②変形性膝関節症患者の歩行時膝関節動態を3D to 2D registration法を用いて評価し,③3次元筋骨格モデルで生体内力を解析することである.再構築した新しい筋骨格モデルはスムースな脊柱可動性を有しており,精度が高いモデルであると考えられた.また,トレッドミルを用いて変形性膝関節症者歩行時の膝関節透視画像を撮像した.取得したデータから3D to 2D registration法を用いて,歩行時膝関節動態を詳細に解析することができた.更に取得したデータを3次元筋骨格モデルに適合させ,筋張力を算出することができた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

関節の動きは大まかに捉えることができるが,皮膚の下の骨の動きを詳細に評価することは非常に難しかった.近年CTから作成した3次元の骨モデルと透視画像を一致させ関節内の骨の動きを詳しく立体的に評価できる3D to 2D registration法が報告され,動きを詳細に解析できるようになった.また,動作中の筋力は実測できず,工学的手法を用いて算出する方法がとられている.今回は,Registrationにて詳細な動きを解析した後,筋骨格モデルという計算方法を応用させ,歩行中の筋力を測定した.更なる病態把握や予防に寄与したい.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Construction and validation under dynamic conditions of a novel thoracolumbar spine model with defined muscle paths using the wrapping method2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Higuchi, Akira Komatsu, Jumpei Iida, Takehiro Iwami and Yoichi Shimada
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 14 号: 1 ページ: 18-00432-18-00432

    • DOI

      10.1299/jbse.18-00432

    • NAID

      130007644346

    • ISSN
      1880-9863
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Knee kinematics of gait for patients with knee osteoarthritis using the 2D/3D registration method.2019

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama, K., Tsukamoto, H., Suzuki, K., Chida, S., Watanabe, M., Takahashi, Y., Kagami K., Suda, T., Okura, K., Kikuchi, H., Saito, K., Matsunaga, T., Iwami, T., and Shimada, Y.
    • 学会等名
      RehabWeek 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Muscle Resistive Training on Acetabular Dysplasia by Finite Element Analysis.2019

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama, K., Kijima, H., Iwami, T., Komatsu, A., Saito, K., Watanabe, M., Takahashi, Y., Okura, K., Suda, T., Kikuchi, H., Higuchi, R., Suzuki, K., Igarashi, Y., Matsunaga, T., Shimada, Y.
    • 学会等名
      The 13th International Society of Physical and Rehabilitation Medicine
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Validation of the hip contact force for a novel lower extremity musculoskeletal model.2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, K., Komatsu, A., Hatakeyama, K., Iida, J., Iwami, T., Shimada, Y.
    • 学会等名
      The 30th IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Novel Quantification Method for Gait Assessment in Knee Osteoarthritis Patients.2019

    • 著者名/発表者名
      Tsurumiya, K., Hayasaka, W., Igarashi, Y., Komatsu, A., Tsukamoto, H., Suda, T., Iwami, T., Shimada, Y.
    • 学会等名
      The 30th IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3次元筋骨格モデルの再構築2019

    • 著者名/発表者名
      畠山和利,鈴木恒太郎,樋口諒,渡邉基起,高橋裕介,大倉和貴,須田智寛,菊池耀,市川兼之,巖見武裕,斉藤公男,松永俊樹,島田洋一
    • 学会等名
      第37回東北理学療法学術大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 新たな三次元筋骨格モデルの開発と関節間力の検証2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木恒太郎,畠山和利,小松瞭,飯田純平,巖見武裕,島田洋一
    • 学会等名
      第46回日本臨床バイオメカニクス学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 三次元筋骨格モデルにおける下肢筋走行の再構築と精度検証.2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木恒太郎,樋口諒,小松瞭,畠山和利,巖見武裕,飯田純平,島田洋一
    • 学会等名
      第46回日本臨床バイオメカニクス学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 下肢伸展挙上が脛骨前方引き出しに与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      畠山和利
    • 学会等名
      日本バイオメカニクス学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 寛骨臼形成不全症では股関節回旋筋力増強が大腿骨頭求心力を改善させる2018

    • 著者名/発表者名
      畠山和利
    • 学会等名
      第55回日本リハビリテーション医学会学術集会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 寛骨臼形成不全症における股関節周囲筋筋力が臼蓋応力に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      畠山和利
    • 学会等名
      第6回日本運動器理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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