下腿義足ソケットの快適性向上を目指した３D-CAD によるソケット設計手法の確立

• 研究課題/領域番号: 21K12813
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90150:医療福祉工学関連
• 研究機関: 新潟医療福祉大学
• 研究代表者: 郷 貴博 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (10782675)
• 研究分担者: 東江 由起夫 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (90460328) ; 須田 裕紀 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (20567200) ; 前田 雄 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (70618206)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2024年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 下腿義足 / ソケット / 設計 / ３D-CAD / 下腿義足ソケット / ソケット適合 / ソケット設計 / 3Dデジタル技術 / 3D-CAD

研究開始時の研究の概要

義足として本来の機能を発揮するためには、断端がソケットへ適切に収納されていなければならない。しかしこのソケット設計には、手作業による不確定要素が多く、相応の経験と技術が必要とされる。そこで本研究では、適合ソケットと断端の三次元形状を客観的に比較することで、適切なソケット設計における寸法条件を客観的に明らかにする。その結果より3D-CADソフトを活用した体系的な下腿義足ソケット設計手法の構築を目指す。

研究実績の概要

本研究の目的は、切断者に適合した下腿義足ソケットを製作し、適合ソケットと断端の三次元形状を客観的に比較することで、3D-CADソフトを用いて下腿義足ソケットを製作する際に必要な項目、適合性の良いソケットの条件について明らかにすることである。比較分析項目はソケット設計に必要なパラメータ(周径、体積、長さ、断面積)とし、その結果より①ソケット設計における断端への最適なコンプレッション値および最適形状(周径・幅)を定量化し、②3D-CADソフトを活用した体系的な下腿義足ソケット設計手法の構築を目指ものである。
今年度は、実際の下腿切断者を対象に適合ソケットを製作し、断端と適合ソケットの3Dスキャンを実施した。スキャンデータより、断端と適合ソケットの形状を比較し、適合性に優れたソケットの製作条件を分析する予定である。また3Dプリンタにて、新たに高強度なソケットを造形するための準備を行った。これにより、密度を下げながらも耐久性に優れかつ軽量なソケットの造形が可能となる予定である。
また、被験者が予定数に達していないため、次年度は下腿切断者のリクルートをするとともに、研究協力依頼、日程調整を引き続き行う予定である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

実績概要に記載した通り、すでに実際の下腿切断者を対象とした適合ソケットの製作・仮合わせ調整を行っている。しかし、研究遂行および計測において、今年度前半はコロナウィルス感染拡大の影響もあり、引き続き被験者のリクルートに難を要してしまった。また下腿義足ソケットの製作は、その工程が多くひとつのソケットを製作・適合させることに時間を要する。リクルートについては、①周辺の義肢装具製作施設への依頼、②各義肢装具製作施設から下腿切断者個人へ連絡、③義肢装具製作施設から被験者の紹介、④研究者から被験者へ依頼というプロセスで行っており、すでに複数名の切断者の方より内諾を得ている。

今後の研究の推進方策

すでに実際の下腿切断者を対象とした適合ソケットの製作ならびに断端・ソケットのスキャンを実施している。今後はさらに被験者を確保し、各被験者に合わせて適合ソケットを製作する予定である。すでに研究協力の内諾を得ている被験者が複数名いる。
また３Dスキャナや３Dプリンタ、３DーCADソフトなどの研究機器については、その使用方法を確認済みであり、分析項目も明確化している。今年度は解析ソフトについて改めて検証し、現状のソフトよりも用途にあったものを検討・購入し、分析を実施する。