Development of a simulation model close to support diagnosis and treatment of spinal cord diseases.
| Project/Area Number |
22K09380
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 56020:Orthopedics-related
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
西田 周泰 山口大学, 医学部附属病院, 助教 (90535262)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
陳 献 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70313012)
大木 順司 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (80223965)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 医工獣連携 / 有限要素法 / 脊椎脊髄疾患 / 応力試験器 |
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| Outline of Research at the Start |
高齢化の進行に伴い増加している脊椎脊髄疾患の高度なシミュレーションモデルの確立は、病態把握や治療方針の決定を支援する強力な手段となりうる。しかし、年齢、性別、骨格形状、障害原因など検討因子の多様性のため、臨床応用には至っていない。本研究は、実人体に近い脊椎脊髄シミュレーションモデルを完成させ、正確な物理学的診断治療の支援が可能なツールを開発し、患者により良い治療を提供する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究分担者 大木順司とともに、食肉業者や獣医学部(研究協力者：日下部健)との連携により確保した年間５体（2023年6月）のブタの脊椎脊髄や血管組織、筋肉筋膜、黄色靱帯、硬膜、椎弓などヒト組織年間20例、山口大学法医学(協力者：髙瀬泉)と剖検時に血管や脊髄を年間1例採取し、速度依存性と異方性も考慮にいれて引張、剪断、圧迫試験など外力による損傷試験を行い、組織の応力曲線を解析している。この結果、ヒトと動物の物理学的データの相関性なども明らかにする。軟部組織のデータは非常に貴重で、このデータを用いて手術練習や動態解析用の三次元シミュレーターの作成も目指す。本データを有限要素法を用いた、医用画像から作成した脊椎脊髄コンピューターシミュレーションモデルに投入することで、ヒトの病態解析や手術方法の検討、動物の病態解析や手術方法の検討なども行っている。また脊椎脊髄疾患患者の医用画像から作成した脊椎脊髄コンピューターシミュレーションモデルを使用して、脊髄とインプラントも含めた解析を分担者 創成科学研究科 陳献とまたアメリカ オハイオ州のToledo大学Vijay K Goel教授の教室とも情報交換しながら解析を行い、論文を国際誌に投稿、採択された。また、日本臨床バイオメカニクス学会でシンポジウムを任された。これらのデータを使用して、今後の医療機器開発に使用される基礎モデルを作成予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究分担者 大木順司とともに、食肉業者や獣医学部(研究協力者：日下部健、谷健二)との連携により確保した年間5体のブタの脊椎脊髄や血管組織、手術中に切除が必要で廃棄予定の筋肉筋膜、黄色靱帯、硬膜、椎弓などヒト組織、山口大学法医学(協力者：髙瀬泉)と剖検時に血管や脊髄を年間1例採取し、速度依存性、異方性も考慮にいれて引張、剪断、圧迫試験など外力による損傷試験を行い、組織の応力曲線を解析している。また、タナックとの共同研究で作成した医用画像から作成したボーンモデルの圧縮試験やペディクルスクリューのトルク、引抜試験などもすでに100椎に施行している。脊椎脊髄疾患患者の医用画像から作成した脊椎脊髄コンピューターシミュレーションモデルを使用して、脊髄とインプラントも含めた体重、年齢、性別、全脊椎―骨盤の動態（前後屈、回旋、側屈）を考慮した物理学的応力解析を分担者 創成科学研究科 陳献と行っており、3つの国内学会で発表している。またアメリカ オハイオ州のToledo大学Vijay K Goel教授の教室とも情報交換し、Toledo大学の複数のモデルで解析を行い、英文誌に投稿した。
以上の事から、ヒトモデル作成とそのモデルをベースにした応力解析などは順調に進行している。さらに医用機器開発のための物理試験やシミュレーションを行うために、ランドトレーディング社の協力を得て、機器の設置なども開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、ヒト組織と動物組織の採取を行い、年齢、性別などに応じた複数の物理学的データを取得する。そのデータを使用して、脊椎のみならず、四肢の解析も行う。また、アメリカとの国際共同研究も含めて、医療機器開発の際の実験に資するシミュレーションモデルを作成する。今後はボーンモデルを使用して、力学試験器の作成も行い、屈曲、伸展、側屈、回旋を行い、人の医用画像から得たデータを使用した、シミュレーション、力学試験データを取得していく。また、本研究内容をもとに、国際共同研究と企業との連携を積極的に行う。さらに医療機器開発を行うための非臨床試験を行うための力学試験、シミュレーションを行う環境を整え、データを蓄積していく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)
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[Presentation] Short and long posterior spinal instrumentation and fusion for multiple thoracolumbar vertebral fracture: Finite element analysis.2022
Author(s)
N. Nishida, F. Jiang, R. Kitazumi, Y. Yamamura, T. Asano, R. Tome, Y. Imajo, H. Suzuki, M. Funaba, J. Ohgi, X. Chen, T. Sakai
Organizer
CARS 2022 Computer Assisted Radiology and Surgery
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