脊椎脊髄外科における新世代三次元造形技術の複合的応用

• Project/Area Number: 24791539
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 竹本 充 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00456873)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2012: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 脊椎外科 / 三次元実体模型 / 手術支援 / コンピューター支援外科 / 画像処理 / 脊椎手術 / コンピュータ支援外科

Research Abstract

本研究ではフルカラーや金属材料、混合材料による三次元造形といった最新の高速プロトタイピング技術を脊椎脊髄外科分野で複合的に応用し以下の開発を進めた。①複雑な脊椎脊髄手術における効率的な三次元画像データ評価および術中の画像情報サーベイランスを可能にする高情報量三次元実体模型、②簡便で安全な骨切除、椎弓根螺子挿入を可能にする脊椎脊髄手術用三次元テンプレート、③若手医師手術トレーニング用モデル疾患高精度三次元実体模型。
本研究により以下の成果を達成した。
＜課題①＞高度脊柱変形例、再手術例、解剖学的特異症例などの複雑な手術症例において、骨のみならず硬膜管、神経根、血管、腫瘍などの軟部組織の三次元情報も盛り込んだ三次元実体模型を作成した。具体的には高度脊柱変形例6例、再手術例2例、解剖学的特異例1例、脊椎腫瘍例2例である。（合計11例）。
＜課題②＞患者のCT画像データから効率的に骨形状データを抽出する方法、さらに得られた骨形状データに正確に適合するカスタムテンプレートを設計するアルゴリズム、そして設計したテンプレートを正確に造形する技術を開発し臨床応用を行った。具体的には脊柱変形症例15例において、ガイドテンプレート使用した脊柱再建手術を行いすべての手術で計画通りの椎弓根螺子挿入を行うことが出来た。
＜課題③＞頚椎症性脊髄症、腰部脊柱管狭窄症において、手術トレーニング用の三次元実体模型を開発した。作成した模型を用いて実際に若手医師の手術トレーニングを行った。
また、当研究から派生した成果として、三次元実体模型の造形を行っている企業との共同研究により、造形に適した形状データの作成、臨床使用に適した造形材料の選別などを行い、より実用性を高めた三次元実体模型作成技術の開発を進めた。研究代表者の海外転勤により本事業は廃止となったが、成果は共同研究者らに引き継がれていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Developing a novel custom cutting guide for curved peri-acetabular osteotomy. (2013)
  • Author(s): Otusuki B
  • Journal Title: Int Orthop Volume: 37(6) Issue: 6 Pages: 1033-8
  • DOI: 10.1007/s00264-013-1873-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Developing a novel custom cutting guide for curved peri-acetabular osteotomy. (2013)
  • Author(s): Otsuki B, Takemoto M, Kawanabe K, Awa Y, Akiyama H, Fujibayashi S, Nakamura T, Matsuda S.
  • Journal Title: Int Orthop Volume: 未
  • NAID: 120005474468
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Does the formation of vertebral endplate cysts predict nonunion after lumbar interbody fusion? (2012)
  • Author(s): Fujibayashi S, Takemoto M, Izeki M, Takahashi Y, Nakayama T, Neo M.
  • Journal Title: Spine Volume: 37(19) Issue: 19 Pages: E1197-E1202
  • DOI: 10.1097/brs.0b013e31825d26d7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bone-bonding properties of Ti metal subjected to acid and heat treatments (2012)
  • Author(s): Toshiyuki Kawai
  • Journal Title: Journal of Materials Science : Materials in Medicine Volume: 23 Issue: 12 Pages: 2981-2992
  • DOI: 10.1007/s10856-012-4758-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanical implant failure in posterior cervical spine fusion. (2012)
  • Author(s): Okamoto T, Neo M, Fujibayashi S, Ito H, Takemoto M, Nakamura T.
  • Journal Title: Eur Spine J Volume: 21(2) Issue: 2 Pages: 328-34
  • DOI: 10.1007/s00586-011-2043-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 椎弓根スクリュー挿入用Patient Specific Templateの形状最適化と臨床評価 (2013)
  • Author(s): 竹本 充
  • Organizer: 第86回日本整形外科学会学術総会
  • Place of Presentation: メルパルク広島(広島市）
• [Presentation] The triple-rod construct for occipito-cervical or cervical reconstruction surgery: Mechanical comparison and preliminary clinical experience. (2012)
  • Author(s): M. Takemoto. M. Miyata, S. Fujibayashi, M. Izeki, M. Neo.
  • Organizer: Spineweek2012
  • Place of Presentation: RAI Amsterdam, Netherlands
• [Presentation] 椎弓根スクリュー挿入用テーラーメイドテンプレートの思春期特発性側彎症手術症例への応用 (2012)
  • Author(s): 竹本 充, 太田 英吾, 二見 徹, 坂本 武志, 渡邊 慶, 藤林 俊介, 井関 雅紀
  • Organizer: 第41回脊椎脊髄病学会
  • Place of Presentation: 石橋文化センター（久留米市）
• [Presentation] 選択的レーザー溶融法によるチタン金属デバイスの開発と臨床応用
  • Author(s): 竹本充、藤林俊介、根尾昌志、中村孝志、他
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会大会シンポジウム2012
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（仙台市）
  • Invited