• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Development of a novel joint image analyzing system based on bone density distribution and 3D modeling of articular cartilage

Research Project

Project/Area Number 23K08612
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 56020:Orthopedics-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

岡 久仁洋  大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座准教授 (50724085)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 啓之  大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任教授(常勤) (00432542)
宮村 聡  大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (10897599)
塩出 亮哉  大阪大学, 医学部附属病院, 医員 (30964449)
村瀬 剛  大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任准教授 (50335361)
佐藤 嘉伸  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (70243219)
大竹 義人  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (80349563)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords変形性関節症 / 骨密度変化 / 骨軟骨3次元形状 / 人工知能 / 骨軟骨疾患 / 骨密度 / 軟骨形状 / 3次元解析
Outline of Research at the Start

これまで定性的な評価で診断が行われている変形性関節症などの慢性骨関節疾患に対してCTのHU値を指標とし、各疾患の特異的な骨密度変化を早期から関節近傍の局所的な骨密度分布パターンとして定量的に捉え、病勢、病期、予後を診断するシステムを開発する。関節疾患により引き起こされる関節軟骨の病的な形状変化を3次元的にとらえるプログラムを開発する。最終的にはMRI画像からの軟骨3次元再構築ならびにAIを主軸とするプログラムを発展的に改良し、単純X線画像から軟骨形状を推定する新技術を開発し、関節全体の3次元構造と病勢を評価することができるシステムを構築する。

Outline of Annual Research Achievements

橈骨遠位端骨折後背屈変形患者、母指CM関節症患者において関節軟骨下骨の骨密度変化をCTのHounsfield Unit(HU)値を用いて定量的に評価した。橈骨遠位端骨折後背屈変形においては舟状骨窩背側、月状骨窩背側の骨密度値が上昇し、舟状骨窩掌側、月状骨窩掌側の骨密度は低下していた。母指CM関節症においては中手骨掌側の骨密度が上昇し、背側の骨密度が低下していた。変形性関節症発症と密接に関係している軟骨下骨の骨密度上昇を単純X線ではとらえられない早期の段階で定量的に評価することができた。これらの知見は変形性関節症の病態解明ならびに新規の画像診断になりうる。また、検証を行ったサンプルを用いて変形性関節症に移行するリスクとなる変形量のカットオフ値を算出した。背屈変形30度、橈屈変形10度以上の骨折後変形が変形性関節症発症のリスクとなることが明らかとなった。これらのカットオフ値は、これまで手術適応の明確な指標がなかった、橈骨遠位端骨折後変形に対する矯正骨切り術の治療介入の重要な指標となりうる。
正常手関節の2次元単純X線画像とCTから作成したから3次元骨モデルのデータセットを学習し単純X線から3次元骨モデルを直接生成することができるプログラムの汎用化を行い、他の部位や骨折、骨変形などの疾患モデルにも対応できるプログラム構築を進めた。
単純X線の輪郭を抽出するプログラムを開発した。MRIで作成した骨軟骨3次元モデルを単純X線の骨輪郭に重ね合わせを行うプログラムの開発を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

橈骨遠位端変形において変形性関節症発症の機序の一部を解明し、英文雑誌に投稿中である。内反肘変形における合併症発症のリスク評価を行い、英文雑誌に投稿中である。前腕骨変形が関節運動に与える影響を3次元的に解明し、Journal of Orthopaedicsに受理された。2次元動態画像に3次元骨モデルを重ね合わせてリアルタイムの生体内前腕運動を解明し、Scientific Reportに受理された。
軟骨形状を推定するためのMRI3次元骨軟骨モデルを単純X線の輪郭に重ね合わせるプログラムの開発が進んだ。

Strategy for Future Research Activity

骨密度分布のパターンを解析し、母指CM関節症の発生機序を解明し英文論文投稿を行う。
軟骨下骨における骨密度分布パターンを評価するシステムを構築する。
変形骨や骨折における単純X線とCTデータのデータセット構築後にAI学習を開始し、単純X線画像から3次元骨形状を推定するプログラムの完成を目指す。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2024 2023

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Acceptable range of forearm deformity derived from relation to three‐dimensional analysis and clinical impairments2024

    • Author(s)
      Shiode Ryoya、Miyamura Satoshi、Kazui Arisa、Iwahashi Toru、Tanaka Hiroyuki、Okada Seiji、Murase Tsuyoshi、Oka Kunihiro
    • Journal Title

      Journal of Orthopaedic Research

      Volume: - Issue: 7 Pages: 1509-1518

    • DOI

      10.1002/jor.25805

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reproduction of forearm rotation dynamic using intensity-based biplane 2D-3D registration matching method2024

    • Author(s)
      Shiode Ryoya、Miyamura Satoshi、Kazui Arisa、Yamamoto Natsuki、Miyake Tasuku、Iwahashi Toru、Tanaka Hiroyuki、Otake Yoshito、Sato Yoshinobu、Murase Tsuyoshi、Abe Shingo、Okada Seiji、Oka Kunihiro
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 5518-5518

    • DOI

      10.1038/s41598-024-55956-z

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three-dimensional corrective osteotomy for cubitus varus deformity using patient-matched instruments2024

    • Author(s)
      Oka Kunihiro、Miyamura Satoshi、Shiode Ryoya、Kazui Arisa、Iwahashi Toru、Tanaka Hiroyuki、Murase Tsuyoshi
    • Journal Title

      JSES International

      Volume: - Issue: 3 Pages: 646-653

    • DOI

      10.1016/j.jseint.2024.01.005

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative 3-D CT Demonstrates Distal Row Pronation and Translation and Radiolunate Arthritis in the SNAC Wrist2023

    • Author(s)
      Miyamura Satoshi、Shiode Ryoya、Lans Jonathan、Oka Kunihiro、Tanaka Hiroyuki、Okada Seiji、Murase Tsuyoshi、Chen Neal C.
    • Journal Title

      Journal of Bone and Joint Surgery

      Volume: 105 Issue: 17 Pages: 1329-1337

    • DOI

      10.2106/jbjs.22.01350

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 【整形外科領域における人工知能(AI)】2Dと3DをつなぐAI2023

    • Author(s)
      塩出 亮哉, 宮村 聡, 数井 ありさ, 岩橋 徹, 田中 啓之, 岡 久仁洋
    • Journal Title

      整形・災害外科

      Volume: 66 Pages: 1181-1186

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 【前腕骨骨折 治療戦略・手術手技】[手術の実際]前腕骨骨幹部骨折後変形治癒に対する矯正骨切り術2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 塩出 亮哉, 宮村 聡, 村瀬 剛
    • Journal Title

      整形外科Surgical Technique

      Volume: 13 Pages: 603-611

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 【上肢変形治癒骨折に対する矯正手術】Accurioを用いた矯正骨切り術2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋
    • Journal Title

      関節外科

      Volume: 42 Pages: 667-676

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 【変形性関節症の診断と治療--保存的治療から再生医療まで】(IV章)変形性肘関節症 変形性肘関節症における支援ナビゲーションシステム2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 塩出 亮哉, 信貴 厚生, 岩橋 徹, 宮村 聡, 数井 ありさ, 田中 啓之
    • Journal Title

      整形外科

      Volume: 74 Pages: 573-578

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 非荷重関節における関節運動時の応力分布について~軟骨下骨骨密度に着目した肘関節の三次元動態解析~2024

    • Author(s)
      宮村 聡, 塩出 亮哉, 岩橋 徹, 数井 ありさ, 山本 夏希, 三宅 佑, 田中 啓之, 村瀬 剛, 岡 久仁洋
    • Organizer
      第36回日本肘関節学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 変形性肘関節症に対する関節鏡視下関節形成術にnavigation systemを応用した手術成績2024

    • Author(s)
      塩出 亮哉 宮村 聡 数井 ありさ 山本 夏希 三宅 佑 岩橋 徹 田中 啓之 村瀬 剛 岡 久仁洋
    • Organizer
      第36回日本肘関節学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 小児上腕骨顆上骨折後内反肘における合併症発症の予測因子2024

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 田中 啓之, 岩橋 徹, 山本 夏希, 三宅 佑, 村瀬 剛
    • Organizer
      第36回日本肘関節学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 上肢矯正骨切り術におけるCASの応用2024

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 村瀬 剛
    • Organizer
      第18回日本CAOS研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Scaphoid nonunion advanced collapse (SNAC)型手関節症の三次元変形解析2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 森友 寿夫, 村瀬 剛
    • Organizer
      第140回中部日本整形外科災害外科学会・学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 橈骨遠位端骨折後変形治癒(掌屈・背屈変形)に対する矯正骨切術の治療成績2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 山本 夏希, 三宅 佑, 村瀬 剛
    • Organizer
      第66回日本手外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 臨床用CTを用いた術前骨密度測定による舟状骨偽関節手術後の骨癒合予測2023

    • Author(s)
      宮村 聡, 岡 久仁洋, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 岩橋 徹, 田中 啓之, 村瀬 剛
    • Organizer
      第66回日本手外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 手外科における技術革新 AIによるX線画像からの3次元画像作成について2023

    • Author(s)
      塩出 亮哉, 岡 久仁洋, 宮村 聡, 数井 ありさ, 山本 夏希, 三宅 佑, 岩橋 徹, 田中 啓之, 村瀬 剛
    • Organizer
      第66回日本手外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 橈骨遠位端骨折において許容される背屈変形角度の検討―変形性関節症の観点から-2023

    • Author(s)
      数井 ありさ, 岡 久仁洋, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 山本 夏希, 三宅 佑, 田中 啓之, 岩橋 徹, 村瀬 剛
    • Organizer
      第66回日本手外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 母指CM関節症における軟骨下骨骨密度分布の変化および生体内動態変化の検討2023

    • Author(s)
      山本 夏希, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 三宅 佑, 田中 啓之, 岩橋 徹, 村瀬 剛, 岡 久仁洋
    • Organizer
      第66回日本手外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 整形外科領域におけるAI 単純X線画像から骨関節三次元形状を構築するAIの開発2023

    • Author(s)
      塩出 亮哉, 岡 久仁洋, 宮村 聡, 数井 ありさ, 山本 夏希, 三宅 佑, 岡田 誠司
    • Organizer
      第96回日本整形外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 橈骨遠位端骨折後掌屈・背屈変形の特徴と治療成績2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 数井 ありさ, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 山本 夏希, 三宅 佑, 村瀬 剛
    • Organizer
      第15回手関節外科ワークショップ
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 母指CM関節症における軟骨下骨骨密度分布の変化および生体内動態変化の検討2023

    • Author(s)
      山本 夏希, 宮村 聡, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 三宅 佑, 田中 啓之, 岩橋 徹, 村瀬 剛, 岡 久仁洋, 岡田 誠司
    • Organizer
      第38回日本整形外科学会基礎学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 患者適合型ガイドを用いた関節内骨切り術の精度検証2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋, 宮村 聡, 山本 夏希, 三宅 佑, 塩出 亮哉, 村瀬 剛
    • Organizer
      第50回臨床バイオメカニクス学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 非荷重関節における関節運動時の応力分布について~軟骨下骨骨密度に着目した肘関節の三次元動態解析~2023

    • Author(s)
      宮村 聡, 塩出 亮哉, 数井 ありさ, 山本 夏希, 三宅 佑, 村瀬 剛, 岡久仁洋
    • Organizer
      第50回日本臨床バイオメカニクス学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 関節鏡視下骨棘切除術変形性肘関節症に対するnavigation system併用下- 実臨床に おける精度検証2023

    • Author(s)
      塩出 亮哉, 宮村 聡, 数井 ありさ, 山本 夏希, 三宅 佑, 信貴 厚生, 村瀬 剛, 岡 久仁洋
    • Organizer
      第50回日本臨床バイオメカニクス学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 小児上腕骨顆上骨折後内反肘の合併症リスクと手術適応2023

    • Author(s)
      岡 久仁洋
    • Organizer
      第34回日本小児整形外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Morphological change of elbow and forearm in Missed Bado Type I Monteggia Fracture2023

    • Author(s)
      1.Oka K.
    • Organizer
      APOA HULS 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi