内視鏡画像を用いた生体靭帯応力・ひずみ分布のin vivo計測

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12680835
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 廣川 俊二 九州大学, 工学研究院, 教授 (80150374)
• 研究分担者: 鶴野 玲治 九州芸術工科大学, 芸術工学部, 助教授 (10197775) ; 山本 耕之 久留米工業大学, 工学部, 助教授 (40158275) ; 石川 聖二 九州工業大学, 工学部, 教授 (90128116)
• キーワード: 前十字靭帯 / 応用・ひずみ分布 / モーションキャプチャー / 多点マーカ / 内視鏡 / in-vivo計測

研究概要

下記の通り、当初計画に沿った研究を実施した。
まず、切断膝関節標本の前十字靭帯表面に多点マーカを貼り付け、膝屈曲に伴う靭帯の変形形状とマーカ位置を3台のビデオカメラで記録した。同一マーカを3方向からのカメラで記録することにより、カメラキャリブレーションを行わずにマーカの3次元位置を算出するアリゴリズムを考察し、測定実験で得たマーカ位置を基に、靭帯のひずみ分布を求めた。
次いで、上述した測定実験、ならびにモーションキャプチャーから得られたデータを基にレンダリング技法を用いて靭帯形状とひずみ分布を画像表示した。膝屈曲に伴う靭帯形状(ひずみ分布)の変化をより分りやすく表示するためのアニーメーションをも作成した。
以上により、基礎データを蓄積した後、インタクトな切断膝を対象に、訓練用内視鏡を用いて、膝屈曲に伴う前十字靭帯の変形形状の観察・記録を行いin vitroではあるがひずみ分布測定が可能なシステムを構築した。たゞし、測定・解析の結果、内視鏡による至近距離、広角視野撮影では、測定誤差が靭帯伸びひずみに匹敵するほどに大きくなることが判明した。このため、マーカに変えて、靭帯表面線維束を対象とした線分のモーションキャプチャー法を開発し、測定実験と解析を行った。

研究成果

• [文献書誌] S.Hirokawa, K.Yamamoto, T.Kawada: "Circumferential Measurememt and Analysis of Strain Distribution in the Human ACL using a Photoelastic Coating Method"Journal of Biomechanics. 34・9. 1135-1143 (2001)
• [文献書誌] 廣川俊二, 山本耕之, 川田高士: "光弾性皮膜法によるヒト前十字靭帯のひずみ分布のパノラマ的計測と解析"日本機械学会論文集(C編). 67・658. 216-222 (2001)
• [文献書誌] 西朱路哲二, 廣川俊二: "微細組織構造を考慮した靭帯の構成式ならびに力学特性の導出"臨床バイオメカニクス学会誌. 22. 29-33 (2001)
• [文献書誌] 廣川俊二, 山本耕之, 川田高士: "ACLの変形とひずみ分布のパノラマ的計測"臨床バイオメカニクス学会誌. 22. 333-336 (2001)
• [文献書誌] S.Hirokawa, R.Tsuruno: "Computer Generated Graphic Images of Human Ligament"Proc.of the VIII-th International Symposium on Computer Simulation in Biomechanics. 59-64 (2001)
• [文献書誌] J.K.Tan, S.Ishikawa, S.Hirokawa, K.Yamamoto: "On 3-D Human Motion Recovery by Mobile Video Cameras"Proc.of the First International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Factors. 487-491 (2001)
• [文献書誌] 石田明允, 廣川俊二, 他3名: "身体運動のバイオメカニクス"日本エム・イー学会(コロナ社). 206 (2002)