2023 Fiscal Year Research-status Report
Modeling three-dimensional muscle stiffness based on three-dimensional ultrasound and elastography integration
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22K17765
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| Research Institution | Kansai Medical University |
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Principal Investigator |
梅原 潤 関西医科大学, リハビリテーション学部, 助教 (80780337)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 骨格筋 / スティフネス / エラストグラフィ / 超音波イメージング / 数理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ヒト生体の骨格筋を対象とし、その3次元形状と受動的張力の関係性を定量化することによって、骨格筋の柔軟性の新たな指標となる3次元筋スティフネスをモデル化することを目的としている。従来の筋スティフネスは筋を1次元的に捉えて過度に単純化し、筋の本来の3次元的な形状変化を考慮できていないという問題点があった。本研究では、この問題に対して、エラストグラフィーによる受動的張力計測と3次元超音波イメージングによる3次元形状計測という手法、さらに数学的アプローチによるモデル化を用いて取り組んでいる。
当該年度では、独自の構築した筋の受動的張力と関節の3次元姿勢が計測可能な実験環境において健常成人を対象としてデータ計測を実施でき、次元削減手法を取り入れたアプローチによって、3次元的な関節に跨る筋の受動的張力と関節姿勢の関係性を定式化することに成功した。これまでの研究では膝や足など2次元的な運動が主な関節に跨る筋の受動的張力しか計測されていなかったが、本研究で構築した実験系を使用することで肩関節のような3次元的な関節でも筋の受動的張力と関節の3次元姿勢を獲得することが可能となった。さらに、関節姿勢の低次元化を組み合わせたパラメータフィッティングによって、2次元的な関節に跨る筋の柔軟性を表現するために使用されている指数関数モデルで3次元的な関節に跨る筋もモデル化できることを発見した。この結果は、2次元的な関節で使用されていた従来のモデルの汎用性を示す結果につながった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載した通り、独自に構築した実験系を用いて健常成人を対象に3次元的関節に跨る筋の受動的張力と関節姿勢のデータを計測することができた。さらに、計測した筋の受動的張力と関節姿勢に対して、次元削減手法を組み合わせたモデリングを用いることで、それらの関係性の定式化を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに、3次元的な関節に跨る筋の受動的張力と関節姿勢の計測までが可能となった。本研究の目標である3次元形状と受動的張力の関係性を定量化し、3次元筋スティフネスのモデル化を達成するために必要なことは、複数の姿勢における筋の3次元形状を計測すること、つまり、筋の変形を捉えることである。研究計画では、3次元超音波イメージングを使用して複数姿勢にわたる筋の形状を計測する予定である。だが、難しい場合はMRIによる計測や、さらには筋骨格モデルを使用した筋の変形シミュレーションも駆使して、筋変形の定量化に取り組む予定である。
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| Causes of Carryover |
研究計画に一部変更が生じたため、当初予定していた物品費やその他に変更が生じた。したがって、当該研究費は次年度の物品費や旅費等の支払いに使用する予定である。
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