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Assessment of orthopedic implant stability using medical imagine

Research Project

Project/Area Number 16H03174
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

Nagura Takeo  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (90306746)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石井 賢  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任教授 (00276289)
陣崎 雅弘  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (80216259)
Research Collaborator NAKASHIMA Daisuke  慶應義塾大学, 医学部, 特任助教 (40594528)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2016: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Keywords共振周波数解析 / インプラント設置強度評価 / 引き抜き力 / 埋入トルク / 脊椎外科 / 整形外科インプラント / 医用画像 / バイオメカニクス / インプラント設置強度評価法 / 構造・機能材料 / 臨床
Outline of Final Research Achievements

Resonance frequency analysis (RFA) has been used in dentistry to evaluate implant stability, but not in orthopaedics. The aim of this study was to use RFA to analyse pedicle screw stability and examine its relationship with micro-CT parameters. Biomechanical test materials: the implant stability quotient (ISQ) calculated from RFA was preserved in high-density materials, unlike traditional test forces (insertion torque and pull-out strength) with repeat screw insertion and create ‘loosening’. Human vertebrae: Traditional test forces showed the strongest correlations with BS/TV (insertion torque: R=0.681, pull-out strength: R=0.689). ISQ showed the strongest correlations with the number of branch points of the cancellous bone network: N.Nd/TV(R=0.533). Stepwise forward regression analysis showed that the predictions of traditional test forces improved when combined with BS/TV and pedicle diameter. The prediction of ISQ improved when combined with N.Nd/TV and pedicle length.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

簡便に,非侵襲的,再現性のある,繰り返し施行出来る今回の手法を導入した場合,術後のインプラント手術の成否を客観的に術中に諮りより良い結果を得られるよう判断を変更出来るメリットだけでなくインプラント自体の開発にも有用なデータの蓄積が可能になり,その影響は大きい.今回同技術は全く報告が存在しない手法であり,同手法により世界に先駆けて日本初の革新性の高いインプラント開発につなげることが出来る.

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Journal Article] Quantitative CT-based bone strength parameters for the prediction of novel spinal implant stability using resonance frequency analysis: a cadaveric study involving experimental micro-CT and clinical multislice CT.2019

    • Author(s)
      Nakashima Daisuke, Ishii Ken, Nishiwaki Yuji, Kawana Hiromasa, Jinzaki Masahiro, Matsumoto Morio, Nakamura Masaya, Nagura Takeo.
    • Journal Title

      European Radiology Experimental

      Volume: Jan 22;3(1):1 Issue: 1

    • DOI

      10.1186/s41747-018-0080-3

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A study on the use of the Osstell apparatus to evaluate pedicle screw stability: An in-vitro study using micro-CT.2018

    • Author(s)
      Nakashima Daisuke, Ishii Ken, Matsumoto Morio, Nakamura Masaya, Nagura Takeo
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: Jun 28;13(6) :e0199362 Issue: 6 Pages: e0199362-e0199362

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0199362

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] レーザー共振周波数解析を用いた非侵襲的椎弓根スクリュー設置強度評価法の開発:新鮮屍体研究.2018

    • Author(s)
      中島大輔,三上勝大,菊池駿介,北村俊幸,長谷川登,岡田大,近藤修司,錦野将元,島田義則,名倉武雄,松本守雄,中村雅也
    • Organizer
      第21回日本低侵襲脊椎外科学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー共振周波数解析による新しい非侵襲的椎弓根スクリュー設置強度評価法の開発:新鮮屍体研究2018

    • Author(s)
      中島大輔,菊池駿介,三上勝大,北村俊幸,長谷川登,岡田大,近藤修司,錦野将元,名倉武雄,松本守雄,中村雅也
    • Organizer
      第33回日本整形外科学会基礎学術集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー共振周波数解析による人工股関節カップ固定強度の評価2018

    • Author(s)
      菊池駿介,中島大輔,三上勝大,北村俊幸,長谷川登,錦野将元,西脇徹,金治有彦,松本守雄,中村雅也,名倉武雄
    • Organizer
      第33回日本整形外科学会基礎学術集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー共振周波数解析による人工股関節カップ固定強度の評価2018

    • Author(s)
      菊池駿介,中島大輔,三上勝大,北村俊幸,長谷川登,岡田大,近藤修司,錦野将元,金治有彦,松本守雄,中村雅也,名倉武雄
    • Organizer
      第48回日本人工関節学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Establishment of a novel measurement technique for orthopaedic implant stability LASER resonance frequency analysis2018

    • Author(s)
      Nakashima D,Mikami K,Kitamura T,Hasegawa N,Okada H,Kondo S,Nishikino M,Kurahashi S,Shimada Y,Nagura T,Mastumoto M,Nakamura M
    • Organizer
      47th Annual Meeting of the Japanese Society for Spine Surgery and Related Research,
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Establishment of a novel measurement technique for pedicle screw stability LASER resonance frequency analysis2018

    • Author(s)
      Nakashima D,Mikami K,Kitamura T,Hasegawa N,Okada H,Nishikino M,Kurahashi S,Shimada Y,Nagura T,Kawana H,Fujita N,Matsumoto M,Nakamura M
    • Organizer
      45th International Society for the Study of the Lumbar Spine (ISSLS)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー共振周波数解析による人工股関節カップ固定強度の評価2018

    • Author(s)
      菊池駿介,中島大輔,三上勝大,北村俊幸,長谷川登,岡田大,近藤修司,錦野将元,金治有彦,松本守雄,中村雅也,名倉武雄
    • Organizer
      日本人工関節学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Resonance frequency analysis of pedicle screw stability: a cadaveric study with micro-CT2017

    • Author(s)
      Daisuke Nakashima, Takeo Nagura, Ken Ishii, Masahiro Jinzaki, Morio Matsumoto, Masaya Nakamura.
    • Organizer
      Orthopaedic Research Society Annual Meeting
    • Place of Presentation
      San Diego Convention Center (サンディエゴ)
    • Year and Date
      2017-03-19
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 新しい非侵襲的椎弓根スクリュー設置強度評価法の確立ー新鮮屍体を用いた共振周波数解析ー2017

    • Author(s)
      中島大輔,名倉武雄,河奈裕正,陣崎雅弘,松本守雄,中村雅也,石井賢
    • Organizer
      日本脊椎脊髄病学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロCT解析を用いた椎弓根スクリュー設置強度評価法の新規分析法―新鮮屍体研究―2017

    • Author(s)
      中島大輔,名倉武雄,陣崎雅弘,松本守雄,中村雅也,石井賢
    • Organizer
      日本脊椎脊髄病学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー共振周波数解析による新しい非侵襲的インプラント設置強度評価法の開発2017

    • Author(s)
      中島大輔,三上勝大,北村俊幸,長谷川登,岡田大,近藤修司,錦野将元,倉橋慎理,島田義則,名倉武雄,河奈裕正,松本守雄,中村雅也
    • Organizer
      日本脊椎インストゥルメンテーション学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー共振周波数解析による新しい非侵襲的インプラント設置強度評価2017

    • Author(s)
      中島大輔,三上勝大,北村俊幸,長谷川登,岡田大,近藤修司,錦野将大,倉橋慎理,島田義則,名倉武雄,河菜裕正,松本守雄,中村雅也
    • Organizer
      日本整形外科学会基礎学術集会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Resonance frequency analysis of pedicle screw stability: a cadaveric study with micro-CT2017

    • Author(s)
      Nakashima D,Nagura T,Ishii K,Kawana H,Jinzaki M,Matsumoto M,Nakamura M
    • Organizer
      International Society for the Study of the Lumbar Spine (ISSLS)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 共振周波数解析を用いた新しい非侵襲的椎弓根スクリュー設置強度評価法2016

    • Author(s)
      中島大輔 名倉武雄 河奈裕正 陣崎雅弘 松本守雄 中村雅也 石井賢
    • Organizer
      第25回 日本脊椎インストゥルメンテーション学会
    • Place of Presentation
      長崎ブリックホール(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2016-10-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 共振周波数解析による新しい非侵襲的椎弓根スクリュー設置強度評価法-新鮮屍体研究2016

    • Author(s)
      中島大輔 名倉武雄 河奈裕正 陣崎雅弘 松本守雄 中村雅也 石井賢
    • Organizer
      第31回 日本整形外科学会基礎学術集会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場 (福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-10-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 新しい非侵襲的椎弓根スクリュー設置強度評価法の確立―新鮮屍体を用いた共振周波数解析―2016

    • Author(s)
      中島大輔 名倉武雄 河奈裕正 陣崎雅弘 松本守雄 中村雅也 石井賢
    • Organizer
      第31回 日本整形外科学会基礎学術集会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場 (福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-10-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 整形外科インプラントへの共振周波数解析の応用 -新鮮屍体を用いた共振周波数解析2016

    • Author(s)
      中島大輔 河奈裕正
    • Organizer
      第46回 日本口腔インプラント学会学術大会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-09-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] インプラント設置強度評価方法,インプラント設置強度評価装置,およびプログラム2018

    • Inventor(s)
      中島大輔 名倉武雄 錦野将元 長谷川登 三上勝大 他
    • Industrial Property Rights Holder
      中島大輔 名倉武雄 錦野将元 長谷川登 三上勝大 他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-177109
    • Filing Date
      2018
    • Acquisition Date
      2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 整形外科用インプラントの設置強度評価方法,整形外科用インプラント,および整形外科治具2017

    • Inventor(s)
      中島 大輔 名倉 武雄 石井 賢 他
    • Industrial Property Rights Holder
      中島 大輔 名倉 武雄 石井 賢 他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2016-028225
    • Filing Date
      2017
    • Acquisition Date
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 整形外科用インプラントの設置強度評価方法、整形外科用インプラント、および整形外科治具2017

    • Inventor(s)
      中島大輔 名倉武雄 石井賢 松本守雄 中村雅也
    • Industrial Property Rights Holder
      中島大輔 名倉武雄 石井賢 松本守雄 中村雅也
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2017-02-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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