リモートセンターオブモーション機構を用いた人工股関節置換術の設計と最適化

Design and optimization of a hip disarticulation prosthesis using the remote center of motion mechanism.

• Xinwei Li
• Zhipeng Deng
• Qiaoling Meng
• Shaoping Bai
• Wenming Chen
• Hongliu Yu

抄録

背景:

股関節置換プロテーゼ(HDP)は臨床現場では日常的に見られるものではなく、従来のプロテーゼは骨盤ソケットの前側を軸に回転していた。

BACKGROUND: Hip disarticulation prostheses (HDPs) are not routinely seen in clinical practice, and traditional hip prostheses rotate around an axis at the front side of the pelvic socket.

目的:

本研究では、切断された側の寛骨臼に回転中心を回復させる機構を提案し、従来のHDPとの比較実験を行い、その妥当性を検証した。

OBJECTIVE: This study proposes a mechanism to restore the rotation center to the acetabulum of the amputated side and uses comparative experiments with traditional HDP to verify the validity of the novel design.

方法:

本論文では、遠隔運動中心機構(RCM)に基づくHDPの二重平行四辺形設計を発表した。最適化は遺伝的アルゴリズムにより、最大積分サイズと機構の駆動力を最小化することで達成された。

METHODS: A double parallelogram design of HDP based on a remote center of motion (RCM) mechanism was presented in this paper. Optimization was achieved by a genetic algorithm with the maximal integral size and minimal driving force of the mechanism.

研究成果:

プロトタイプは最終的に最適な結果を得て開発され、股関節離断切断者による試験が行われました。試験の結果、RCM-HDPは人工股関節の可動域を78%改善した。また、人工膝の最大屈曲度は、従来のHDPよりも15%向上し、サウンドサイドに近くなりました。

RESULTS: The prototype was developed by final optimal results and tested by a hip disarticulated amputee. Testing results revealed that the RCM-HDP improved the range of motion of the hip prosthesis by 78%. The maximal flexion of the assorted prosthetic knee was closer to the sound side than a traditional HDP by 15%.

結論:

提案されたRCM-HDPは、従来の設計に比べて運動学的性能と対称性を向上させました。

CONCLUSION: The proposed RCM-HDP promoted the kinematic performance and symmetry of the hip prosthesis compared to the traditional design.