関節変性の病態把握と治療法評価のための力覚制御ロボットアームによる摩擦測定

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580829
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 馬渕 清資 北里大学, 医療衛生学部, 教授 (70118842)
• Keywords: バイオトライボロジ / 膝関節 / 摩擦 / 顎関節 / ロボテイクス / 変形性関節症

Research Abstract

アーム型ロボット,6軸力センサ,ドライブユニットおよびパーソナルコンピュータにより摩擦測定システムを構築し,軟部組織を温存した無侵襲に近い関節の摩擦測定系の構築のための家兎膝関節を対象とした実験,および変形性顎関節症の発症メカニズムの検討のためのブタ顎関節を対象とした実験を行った.
ウサギ膝関節を使用した実験においては,大腿骨側をアームの先端に,脛骨側を6軸力センサに固定した.軟部組織を温存したものと,軟部組織を除去したものを比較した.最終的な屈曲角度は1°とし,摩擦速度は0.5mm/sとした.垂直加重は15Nとした.それぞれの試料において5回測定し,その平均をとった.脛骨表面に15Nの垂直加重を加え,この座標をロボットに記憶させた後,ロボットにより膝関節に微小回転運動をさせ,さらに座標を記憶させるという作業を3回繰り返し,これらの座標をロボットに辿らせた.これにより,膝関節に模擬的な回転運動を加え,摩擦係数を測定した.軟部組織を温存したものは摩擦係数の平均値が0.021±0.009であった.軟部組織をすべて除去したものは,摩擦係数の平均値が0.016±0.005であった.
実験試料としてブタ顎関節を使用した実験においては,下顎骨をアーム型ロボットの先端に,下顎窩を6軸力センサに固定した.手探りで摩擦試験をした感覚と,関節間に感圧フィルムをはさみ20Nかけたときの圧力分布から咬合状態を調べ,基準位置とした.この地点から前進後退の直線滑り運動を加え摩擦係数を測定した.さらに,基準位置から内外側方向に1mmずつ下顎骨を変位させて摩擦測定を繰り返し,感圧フィルムで測定した圧力分布との比較を行った.下顎骨が内側または外側方向に移動するほど摩擦係数は高くなった.

Research Products

• [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巻4号. 292-296 (2002)
• [Publications] 内山勝文, 糸満盛憲, 氏平政伸, 馬渕清資: "マクロ波加温による海綿骨および皮質骨の内部温度均一化の検討"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23巻. 81-86 (2002)
• [Publications] 酒井利奈, 馬渕清資, 雨尾公暁, 糸満盛憲: "人工股関節固定部の総接触面積と応力場のカオス生成の関係"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23巻. 179-184 (2002)
• [Publications] 馬渕清資, 森田真史, 酒井利奈, 大田未知: "セラミックス人工股関節摩擦面におけるスクイズ流体膜の形成"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23巻. 323-328 (2002)
• [Publications] 大田未知, 馬渕清資: "変形性関節症モデルにおける膝関節の摩擦特性"別冊整形外科. 42巻. 37-43 (2002)