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3次元形状の計測装置およびその計測データによる義肢のソケット形状設計装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P08A014205
掲載日 2009年1月23日
出願番号 特願2005-077834
公開番号 特開2006-255199
登録番号 特許第4304341号
出願日 平成17年3月17日(2005.3.17)
公開日 平成18年9月28日(2006.9.28)
登録日 平成21年5月15日(2009.5.15)
発明者
  • 尾田 雅文
  • 花房 昭彦
出願人
  • 学校法人新潟大学
発明の名称 3次元形状の計測装置およびその計測データによる義肢のソケット形状設計装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】
超音波により、人体の外部形状だけでなく骨,筋肉,脂肪形状等内部組織形状も併せて計測し,さらに、義肢使用時において断端部周辺に作用する荷重を考慮して、義肢使用者が快適に使用できるようなソケットを提供するための3次元形状測定装置、義肢用ソケット形状設計装置などを提供することである。
【解決手段】
本発明は、超音波の送出手段と、前記超音波の反射波の検出手段と、前記超音波の送出手段と前記反射波の検出手段の位置を決定する手段と、複数の材質から構成された検体の異なる材質間の境界を求めるために、検出されたデータを解析する手段と、解析された結果から有限要素モデルを作成する手段とを備えた3次元形状計測装置である。また、そのデータを使って義肢用ソケットを設計するための義肢用ソケット形状設計装置である。
【選択図】 図8

従来技術、競合技術の概要


従来、義肢用のソケットは主に義肢装具士の手作業により製作されてきたが、良い適合性を得るためには熟練した義肢装具士の技能が必要であった。しかしながら、ソケット形状を決定するには義肢装具士の経験や勘に頼ることが多く、例えば、義足使用時において断端部周辺に作用する荷重を考慮せずに、外部形状の情報だけに基づいて形状設計を行ったソケットでは、義足固定のための圧迫や、歩行立脚期など体重負荷時によって、ソケットおよび断端形状が変形することから、その適合状態に問題が生じる可能性があった。



義足の良否は、ソケット形状ならびにアライメントの適合性の両者により決定される。例えば義足ソケットの適合性が良好でない場合に、切断端で瘡を生じ易く、車椅子の併用を強いられるケースも存在する.このため、義足ソケットの最適形状を得ることは、義足使用者の快適性向上の点で極めて重要な問題である。



このことから、経験や勘に頼ることなく、定量的かつ一定の製作技術レベルで対応することが求められている。近年レーザ測長技術などを利用した非接触な下肢表面形状計測手法を利用することによって、義足使用者の断端形状を数値化し、CAD/CAM技術を駆使した新しい義足ソケット製作手法が提案されている(例えば、特許文献1)。



義足ソケットの最適形状を得るには、人体の外部形状だけでなく生体組織である骨、筋肉、脂肪形状等内部組織形状も併せて計測し、三次元モデルを作成する必要がある。内部組織を併せて身体形状を計測する方法として、X線CT、MRI、超音波が一般には利用されている。この中でも超音波は、X線被曝のような人体への負担がなく、MRIに比べ大型設備を必要としないなどの長所があり、CADでの義足ソケット設計のための超音波計測システムも研究されている(例えば、非特許文献1)。これらのシステムにおいては、超音波エコーの振幅に基づく濃淡画像から組織境界を抽出する方法が提案されているものの、X線CTやMRIと比較して、超音波の信号は組織内の屈折や散乱の影響を受けやすく、組織の境界を的確に判定することが困難であった。

【特許文献1】特開2003-299679号公報

【非特許文献1】IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering No10(1),P11-21,2002年

産業上の利用分野


本発明は、3次元形状データ計測装置およびその計測データに基づく義肢のソケットの形状を設計する装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
超音波の送出手段と、前記超音波の反射波の検出手段と、前記超音波の送出手段と前記反射波の検出手段の位置を決定する手段と、複数の材質から構成された検体の異なる材質間の境界を求めるために、検出されたデータを解析する手段と、解析された結果から有限要素モデルを作成する手段とを備え、前記検出されたデータを解析する手段は、超音波の反射波のデータを時間と周波数とで2次元解析して水と皮膚、皮膚と脂肪、脂肪と筋肉、筋肉と骨の境界の位置座標を求め、前記有限要素モデルを作成する手段は、前記検出されたデータを解析する手段により求めた位置座標と予め用意した当該箇所の標準ヒト型有限要素モデルを使用して皮膚の有限要素モデル、脂肪の有限要素モデル、筋肉の有限要素モデル、骨の有限要素モデルを作成するように構成されたことを特徴とする3次元形状計測装置。

【請求項2】
請求項1に記載の3次元形状計測装置で計測された有限要素モデルのデータを入力する手段と、生活環境を考慮した境界条件を入力する手段と、前記有限要素モデルのデータと前記境界条件とで有限要素応力解析を行い、ソケット形状を決定する手段とを有することを特徴とする義肢のソケット形状設計装置。
産業区分
  • 治療衛生
  • 計算機応用
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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