リハビリ用医療装置の研究機械科学専攻機械機能設計研究室 M2 池上弘樹 M1 土田博貴指導教官立矢宏教授樋口理宏准教授小塚裕明助教 1．研究背景・目的手関節の構造手関節のリハビリテーション手先方向への牽引を伴う他動掌背屈運動手首付近の疾患による拘縮の早期回復が期待 C-L関節角度中間 1 2 5 3 4 C-L関節 6 7 R-L関節背屈尺骨作業療法士(OT)によるリハビリ橈骨健常者の場合掌屈運動時：C-L関節が優位に運動背屈運動時：R-L関節 2: 小菱形骨第3中手骨 3: 有頭骨手首の屈曲角度 8 掌屈手根骨 1: 大菱形骨 4: 有鈎骨 3 5: 舟状骨 6 6: 月状骨 R-L関節角度 7: 三角骨疾患により一方の関節が強く拘縮橈骨遠位端骨折:R-L関節が拘縮 8: 豆状骨掌背屈時にはR-L関節とC-L関節が運動早期回復効果が得られるメカニズムは不明本リハビリテーションの有用性を確認 R-L関節とC-L関節の運動を解析 2．X線動画像を用いた手根骨運動解析実験方法手首牽引ワイヤ装置を用いたリハビリ時の手首を X線動画像として撮影錘の自重屈曲角度屈曲角度=R-L関節角度+C-L関節角度被験者：健常な男性21名牽引力：0[N]，25[N] 錘手のひら解析結果 R-L関節角度寄与率：屈曲角度変化に対する各関節の角度変化の割合 C-L関節角度 C-L関節 R-L関節 31.40 27.14 牽引によりR-L関節の寄与率が増加 68.60 72.86 本リハビリはR-L関節の 100 掌屈位中間位背屈位 X線動画像撮影用リハビリ装置手根骨運動解析角度測定第3中手骨・屈曲角度屈曲角度月状骨橈骨 X線動画像 42.34 53.45 60 40 20 C-L関節角度有頭骨寄与率[%] 80 0 57.66 46.55 0[N] 1 掌屈拘縮改善に有用 25[N] 2 0[N] 1 背屈 25[N] 2 OTによるリハビリの場合各関節の寄与率約56[%] ・R-L関節角度・C-L関節角度 2次元平面上の解析では手根骨運動の詳細な解明は困難 R-L関節角度 3．MRI画像を用いた手根骨運動解析 3次元CADモデル構築実験方法 MRI画像撮影用リハビリ装置回転軸前腕固定具高磁場環境下での実験手先牽引部 z 橈尺屈方向装置を用いたリハビリ時の手首をMRI画像として撮影掌背屈方向被験者：健常な男性 3名手首牽引手首の状態：背屈位(40[deg]) 中間位(0[deg]) 掌屈位(-40[deg]) 移動壁・ねじの送り量で送りねじ手先固定具圧縮ばね牽引力を調整手根骨運動解析掌背屈角度α 40 オイラー角法による手根骨運動の解析 3次元での回転運動を評価可能・圧縮ばねによる牽引 3次元手関節モデル MRI画像角度変化[deg] 手先固定具 (樹脂材料，チタン) y x 牽引力：0[N]，25[N] 非磁性材料回内外方向橈尺屈角度β 回内外角度γ 豆状骨小菱形骨月状骨 20 0 第3中手骨 -20 有頭骨有鉤骨三角骨舟状骨大菱形骨 -40 遠位列近位列例：手根骨運動解析結果(牽引力0[N] ，背屈運動時) 掌屈位中間位背屈位リハビリ運動時における手根骨の3次元的な運動を解明 4．まとめ・今後の研究計画今後の研究計画前腕押え板まとめ (1) 医療画像撮影環境下において，牽引しながら他動掌背屈運動が可能なリハビリテーション装置を製作した． (2) 掌屈および背屈のいずれにおいても，牽引により手首の屈曲角度に対するR-L関節の運動割合が増加することを確認した． (3) MRI撮影環境下で使用可能なリハビリテーション装置を製作し，手関節の3次元運動解析を可能にした．・ MRI画像を用いた運動画像解析により，リハビリテーション時の手根骨の3次元的な運動を解明電動スライダ・OTと装置とで，非牽引状態における背屈運動時のR-L関節の寄与率が異なる原因を解明・臨床応用に向けたリハビリテーション装置の電動化と臨床実験前腕固定具手先固定具エンコーダモータ臨床応用に向けたリハビリテーション装置