有限要素モデルと神経筋骨格モデルの連携による歩行運動解析

Gait analysis by combination of a finite element model and a neuro-musculo-skeletal model

要旨：有限要素法に基づく筋骨格系のコンピュータ解析には，直接計測が困難な関節組織の力学的負担などを評価できる利点があるが，その計算のためには骨の運動姿勢や，筋力などの境界条件が必要となる。本研究では，歩行時の関節負荷を予測的に評価するため，変形性膝関節症などの関節負担を詳細に分析する膝関節有限要素モデルと，歩行運動を生成する全身神経筋骨格モデルとを連携させたコンピュータ解析システムを構築した。このシステムでは，まず神経筋骨格モデルにより歩行運動を生成し，運動中の関節角度と関節圧縮力を算出する。これを膝関節有限要素モデルに境界条件として入力し，軟骨や半月板など関節部の各組織の力学負荷を推定する。本システムを用いれば，実験計測に基づかずに歩行運動とその際の関節負荷の推定が可能となるため，手術やリハビリテーションの効果予測などへの応用が期待できる。