実験的変性関節の潤滑機能評価のための力覚制御ロボットアームによる摩擦測定

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680842
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 馬渕 清資 北里大学, 医療衛生学部, 教授 (70118842)
• Keywords: 変性関節 / 潤滑 / 摩擦 / ロボテイクス / パパイン / 前十字靱帯 / バイオトライボロジ

Research Abstract

変形性膝関節症初期段階の軟骨変性モデルを作成するために,日本白色家兎(体重約3kg)を使用した.変性モデルは,表面擦過モデル,パパイン投与モデル,前十字靭帯(以降,ACL)切離モデルの3種類を作成した.表面擦過モデルでは,関節間に生理食塩液を含んだガーゼを挟み,前後運動させて表面を擦過させた.パパイン投与モデルでは,膝関節腔内に1.6%パパイン溶液0.5mlを中2日の間隔をあけて2回注入した.最終注入日から4日後にウサギを屠殺した後,膝関節を採取した.ACL切離モデルは,ACLの切離手術後9ヶ月間ケージ内で飼育し,屠殺後に関節を採取した.摩擦測定のために,ロボットアームと6軸力覚センサを組み込んだ測定システムを構築した.設定静止荷重時間後,大腿骨を脛骨に対して滑らせた.Z軸方向の摩擦荷重とX軸方向の摩擦抵抗力を測定し,摩擦係数を算出した.
静止荷重Osにおける正常関節群の摩擦係数は0.017±0.003であり,この値は,表面擦過モデル群,パパイン投与モデル群,ACL切離モデルにおいても同様だった.静止荷重300sにおける正常関節群の摩擦係数は0.217±0.194に対し,表面擦過モデル群は0.362±0.038と上昇し,またパパイン投与モデル群は0.479±0.137と有意に上昇した.ACL切離モデルは0.206であった.静止荷重600sにおける正常関節群の摩擦係数は0.344±0.228に対し,表面擦過モデル群は0.499±0.044と上昇し,またパパイン投与モデル群は0.653±0.135と有意に上昇した(P<0.05).ACL切離モデルは0.303であった.静止荷重1800sにおける正常関節群の摩擦係数は0.551±0.102に対し,表面擦過モデル群は0.591±0.028と上昇し,またパパイン投与モデル群は0.620±0.105と上昇した.

Research Products

• [Publications] 小向 啓, 笹田 直, 大田未知, 馬渕清資: "In vivoパパイン投与で変性させた家兎膝関節の摩擦測定"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 22. 65-68 (2001)
• [Publications] 酒井利奈, 馬渕清資: "等価数理モデルに基づく人工股関節固定方針の再考察"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 22. 415-420 (2001)
• [Publications] 酒井利奈, 品田尚孝, 糸満盛憲, 興津健吾, 馬渕清資: "等価数理モデルに基づく人工股関節固定法の理念の再考察"日本人工関節学会誌. 31. 249-250 (2001)
• [Publications] 新栄俊尊, 湯山加奈子, 氏平政伸, 馬渕清資: "医療器具の加振による生体組織への押し込み力の低減"医用電子と生体工学. 39.4. 292-296 (2002)