CT/MRI画像に基づく3Dモデルを用いた生体力学的評価(モデル・FEM班)


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 日本では高齢化率が増加傾向にありそれに伴い後弯(腰背部が曲がった状態のこと)高齢患者の増加が懸念されています.後弯はQOL低下の要因に
なりうるため予防することが重要不可欠であり,本研究では独自に製作した3次元筋骨格モデルを用いて主に高齢者を対象とした脊椎疾患患者の生体内力評価を行なっています.

 3次元筋骨格モデルとはCT・MRI画像を基に筋肉や骨格を再現したもので,筋走行や関節駆動域が実際の人間と同様に再現されています.このモ
デルに運動計測データを入力し動作シミュレーションをさせることで関節モーメントの他に,筋張力,筋活性度,関節間力等の生体内力の定量評価
が可能となります.また,関節間力を解析することで有限要素解析(FEA)に用いる関節の荷重計算が可能となります.
 現在は生体内力評価に加え,モデルの改良を行なっており将来的には新たなトレーニング・リハビリ技術の効果計測・開発等への応用が期待され
ます.

また当研究グループでは,FEAを用いた整形外科手術効果の検証を行っています.具体的には.骨のCT画像から3Dメッシュモデルを製作し,関節間力や軟骨・靱帯等の弾性係数等を境界条件として適用し,応力分布を解析します.これを術前後のデータで行い比較することで生体力学的な評価を試みております. また,本研究では3Dプリンターで製作した手関節装具の応力分布や強度等も評価しています.これらの定量評価を行うことで将来的な手術方法の改善や,装具の最適な形状設計を目的としています

【主な研究実績】

・Akira Komatsu, Takehiro Iwami, and Yoichi Shimada
 Stress analysis of shelf acetabuloplasty for acetabular dyaplasia patients using dynamical load during walking
 30th 2019 IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science, Nagoya, Accepted.

・Kotaro Suzuki, Akira Komatsu, Kazutoshi Hatakeyama, Jumpei Iida, Takehiro Iwami, and Yoichi Shimada
 Validation of the hip contact force for a novel lower extremity musculoskeletal model
 30th 2019 IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science, Nagoya, Accepted.

・樋口諒,飯田純平,小松瞭,鈴木恒太郎,本郷道生,巖見武裕,島田洋一
 3次元体幹筋骨格モデルを用いた腰椎固定術後における隣接椎での力学的変化の評価
 臨床バイオメカニクス,掲載決定

・齊藤諒,小松瞭,千田聡明,巖見武裕,島田洋一 
 3Dプリンタで製作可能な手関節装具の有限要素解析による最適化設計 
 臨床バイオメカニクス,掲載決定

・Ryo Higuchi, Akira Komatsu, Jumpei Iida, Takehiro Iwami and Yoichi Shimada
  Construction and validation under dynamic conditions of a novel thoracolumbar spine model with defined muscle paths
  using the wrapping method 
  Journal of Biomechanical Science and Engineering, Vol. 14, No. 1(2019), 18-00432.

・Nozomi Kaga, Takehiro Iwami, Kimio Saito, Akira Komatsu and Yoichi Shimada  
 Finite Element Analysis of the Efficacy of Shelf Acetabuloplasty for Acetabular Dysplasia  
 International Journal of Physical Medicine & Rehabilitation, Vol. 6, No. 6(2019)

・樋口諒,小松瞭,飯田純平,巖見武裕,島田洋一
 Wrappingを用いた動的胸椎モデルの有効性
 バイオメカニズム学会誌,Vol. 42, No. 2(2018), pp. 125-128

・小松綜太,加賀望,巖見武裕,山田晋,木島泰明,斉藤公男,小松瞭,島田洋一
 寛骨臼形成不全が臼蓋縁部に与える生体力学的影響ー歩行時における臼蓋棚形成術効果の検証ー
 臨床バイオメカニクス, Vol. 38, pp. 151-156(2017)

・小松綜太,小松瞭,巖見武裕,加賀望,山田晋,斉藤公男,島田洋一
 モデル解析を用いた股関節間力の推定と臼蓋形成不全における臼蓋棚形成術前後の応力解析
 日本機械学会論文集,Vol. 83,No. 849,DOI: 10.1299/transjsme.16-00559(2017)

・巖見武裕,小松瞭,大高稿兵,三浦弘樹,畠山和利,島田洋一,小林義和
 CT/MRI画像に基づく3次元体幹筋骨格モデルの製作と評価
 日本機械学会論文集,Vol. 83,No. 849,DOI: 10.1299/transjsme.16-00318(2017)




・鈴木恒太郎,畠山和利,小松瞭,巖見武裕,島田洋一
 新たな三次元筋骨格モデルの開発と股関節間力の検証
 第46回日本臨床バイオメカニクス学会,久留米,O14-6, (2019)

・鈴木恒太郎,樋口諒,小松瞭,畠山和利,巖見武裕,飯田純平,島田洋一
 三次元筋骨格モデルにおける下肢筋走行の再構築と精度検証
 日本機械学会年次大会2019,秋田,J02516P(2019)

・飯田純平,宮腰尚久,本郷道生,小松瞭,樋口諒,鈴木恒太郎,巖見武裕,松永俊樹,島田洋一
 新たな三次元筋骨格モデルによる成人脊柱変形の病態解析と臨床応用
 第92回日本整形外科学会学術総会,横浜,2-1-S9-1(2019)

・加賀望,松永俊樹,千田聡明,巖見武裕,八木宏矢,島田洋一
 3Dプリンターを用いた手関節装具の作製
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,O22-4(2018)

・齊藤諒,小松瞭,千田聡明,巖見武裕,島田洋一
 3Dプリンタで製作可能な手関節装具の有限要素解析による最適化設計
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,O22-2(2018)

・小松瞭,巖見武裕,齊藤英知,斉藤公男,塚本泰朗,畠山和利,島田洋一
 変形性膝関節症患者における体重増加の関連性評価
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,O19-5(2018)

・飯田純平,本郷道生,樋口諒,小松瞭,鈴木恒太郎,畠山和利,松永俊樹,巖見武裕,宮腰尚久,島田洋一
 新たな3次元筋骨格モデルを用いた脊柱固定術後の姿勢による生体内力変化の算出と検討
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,O6-6(2018)

・樋口諒,小松瞭,鈴木恒太郎,飯田純平,本郷道生,巖見武裕,島田洋一
 3次元体幹筋骨格モデルを用いた腰椎固定術後における隣接椎での力学的変化の評価
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,O6-5(2018)

・加賀望,斉藤公男,木島泰明,松永俊樹,畠山和利,巖見武裕,小松瞭,島田洋一
 臼蓋形成不全症に対する臼蓋棚形成術の効果の検証
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,O5-3(2018)

・飯田純平,宮腰尚久,本郷道生,樋口諒,小松瞭,畠山和利,石川慶紀,松永俊樹,巖見武裕,島田洋一
 3次元四肢体幹筋骨格モデルを用いた成人脊柱変形解析の現状と課題 (シンポジウム)
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,S5-6(2018)

・巖見武裕,樋口諒,飯田純平,島田洋一
 医工連携による3次元筋骨格モデルの製作と脊柱骨盤動態解析(シンポジウム)
 第45回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,秋田,S5-5(2018)

・畠山和利,木島泰明,小松瞭,樋口諒,斉藤公男,渡邊基起,高橋裕介,須田智寛,千田聡明,加賀美開,
 松永俊樹,巖見武裕,島田洋一
 寛骨臼形成不全症では股関節回旋筋力増強が大腿骨頭求心力を改善させる
 日本リハビリテーション医学会第55回学術集会,博多,(2018)

・樋口諒,巖見武裕,飯田純平,小松瞭,畠山和利,本郷道生,松永俊樹,島田洋一
 MRI画像に基づいた3次元体幹筋骨格モデルの開発
 第44回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,松山,O4-6(2017)

・佐々木研,本郷道生,宮腰尚久,巖見武裕,松永俊樹,島田洋一
 脊柱後弯変形高齢者の立位および歩行時脊柱モーメント
 第44回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,松山,O2-5(2017)

・飯田純平,宮腰尚久,松永俊樹,本郷道生,斉藤公男,樋口諒,小松瞭,島田洋一
 胸椎を分割した体幹-下肢結合3次元筋骨格モデルを用いた脊柱後弯高齢者の椎間板内圧の検討
 第44回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,松山,O2-3(2017)

・畠山和利,小松瞭,渡邉基起,髙橋裕介,須田智寛,斉藤公男,巖見武裕,松永俊樹,島田洋一
 臼蓋形成不全症の体重増減における応力変化
  第5回日本運動器理学療法学会学術集会,S-52,札幌(2017)

・樋口諒,小松瞭,巖見武裕,飯田純平,畠山和利,本郷道生,島田洋一
 三次元筋骨格モデルを用いた動的胸腰椎モデルの開発
 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017講演論文集(DVD-ROM),郡山,2P2-J02(2017)

・小松瞭, 巖見武裕, 八木宏矢, 斉藤公男, 畠山和利, 木島泰明, 齊藤英知, 島田洋一
 変形性膝関節症に対する高位脛骨骨切術の有限要素解析
 日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会講演論文集, 名古屋,2B13(2017)

・鈴木脩介, 巖見武裕, 小松瞭, 佐々木研, 畠山和利, 島田洋一
  高齢者の脊柱後弯における体幹負荷のモデル解析
 日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会講演論文集, 名古屋,1B31(2017)

・八木宏矢,加賀望,小松瞭,小松綜太,山田晋,巖見武裕,島田洋一,松永俊樹
 3Dプリンタを用いた手関節装具の製作と評価
 第32回日本義肢装具学会学術大会抄録集,札幌,1-3-17(2016)

・畠山和利,松永俊樹,斉藤公男,千田聡明,渡邉基起,高橋裕介,石川順基,
 巖見武裕,小松瞭,島田洋一
 腹腔内圧が椎体応力に及ぼす影響
 第43回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,札幌,O19-4(2016)

・小松綜太,巖見武裕,山田晋,木島泰明,加賀望,斉藤公男,小松瞭,島田洋一
 臼蓋形成不全に対する臼蓋棚形成術前後の力学的評価
 第43回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,札幌,O22-4(2016)

・小松瞭,巖見武裕,齊藤英知,木島泰明,斉藤公男,小松綜太,赤川学,藤井昌,  
 畠山和利,飯田純平,八木宏矢,松永俊樹,島田洋一
 変形性膝関節症に対する高位脛骨骨切術後の脛骨における力学的影響の検証
 第43回日本臨床バイオメカニクス学会抄録集,札幌,O6-6(2016)