2015 Fiscal Year Annual Research Report
Development of 3D simulation system for deformity correction of the extremities
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15H04957
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
村瀬 剛 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (50335361)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 啓之 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (00432542)
岡田 潔 大阪大学, 医学部附属病院, 講師 (40576279)
岡 久仁洋 大阪大学, 保健センター, 助教 (50724085)
吉田 清志 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (50645570)
吉川 秀樹 大阪大学, 医学系研究科, 理事・副学長 (60191558)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 変形矯正 / コンピューターシミュレーション / 三次元解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【1.創外固定・ナビゲーションシステムとの連動機能の開発】ナビゲーション用ソフトウェアと、我々が独自に開発した手術計画用ソフトウェアの座標系を一致させることによって、手術計画で計画した変形軸、骨切面をナビゲーション上で表示することが可能となった。続いて、その連動実験のため、３Dプリンターで造形した実体骨モデルを用いて、レジストレーションプロトコールを決定する精度検証を行い、概ね1mm前後の精度を得ることができた。
【2.部分最小二乗回帰分析を用いた正常骨形状の予測】100例の正常前腕骨のデータから得た橈骨、尺骨の3次元骨モデルに関してPLS回帰分析を行い、統計学的骨形状の作成に成功した。このことにより、骨形状の一部から臨床で使用し得る正常骨全体計上の予測が可能となった。変形矯正シミュレーションにおいて、健側データ欠損等の症例の際に極めて有効である。
【3.三次元動態解析技術の変形矯正シミュレーションへの応用】新鮮屍体CTデータを用いて軟部組織を考慮した橈骨遠位の延長シミュレーションを行い、延長量の限界を計算するため有限要素解析を導入し、そのプロトコール、妥当性を検討した。
【4.手術ガイド設置確認及び術中・術後の動態評価のための2D/3Dレジストレーション法の応用】2D/3Dレジストレーション法を用いたガイド設置位置確認が可能となるプログラムの開発のため、まず正常骨形状の２D-３Dレジストレーションを可能にするプログラムの開発と改良を行い、正常前腕動態の2D-3Dレジストレーションが可能となった。
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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
【1. 創外固定・ナビゲーションシステムとの連動機能の開発】ナビゲーションソフトウェアと手術計画ソフトウェアのマッチングプロトコールが完成し、また３Dプリンターを用いた骨モデルを作成することで、新鮮屍体を用いずとも患者そのものの骨形状を精度検証検体として用いることができた。
【2. 部分最小二乗回帰分析を用いた正常骨形状の予測】当科で治療した患者の健側データを利用したため、改めて骨形状データの収集が不要となり、迅速にプログラムの開発を行えた。
【3. 三次元動態解析技術の変形矯正シミュレーションへの応用】
軟部組織を手術シミュレーションに反映すべく有限要素解析法の導入を行った。
【4. 手術ガイド設置確認及び術中・術後の動態評価のための2D/3Dレジストレーション法の応用】正常骨形状の２D-３Dレジストレーションの精度を上げるため線量、プログラムの計算回数を改良した。
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| Strategy for Future Research Activity |
【1. 創外固定・ナビゲーションシステムとの連動機能の開発】（方法）矯正骨切手術とナビゲーションシステムの連動精度検証実験を行う。昨年度の上腕骨遠位に続き、前腕骨に対する精度検証実験を行う。精度が安定的に得られるまで、機器の精度や各種パラメーターを調整し、実験に必要なプログラム、専用器具をあわせて開発する。
【2. 部分最小二乗回帰分析を用いた正常骨形状の予測】（方法）橈骨、尺骨のPLS回帰分析に引き続き、本年度は上腕骨及び下肢骨に対するPLS回帰も実施する。
【3. 三次元動態解析技術の変形矯正シミュレーションへの応用】（方法）新鮮屍体CTデータを用いて軟部組織を考慮した橈骨遠位の延長シミュレーションを行い、延長量の限界を計算、その検証を新鮮屍体の模擬手術によって行う。また陳旧性モンテジア骨折に対しても骨間膜を考慮した矯正手術シミュレーションを行い、その矯正量と橈骨頭の整復がシミュレーションどおり可能かを模擬手術にて検証する。
【4. 手術ガイド設置確認及び術中・術後の動態評価のための2D/3Dレジストレーション法の応用】2D/3Dレジストレーション法によるガイド設置確認の開発を引き続き行う。さらに、透視画像による動態安定性の評価を行い、2D/3Dレジストレーションを行うことでカスタムメイド手術の術中、術後の動的安定性の3次元評価を可能とするプログラムを開発することを目標とする。
【5. 屍体研究による軟骨解析による変形矯正シミュレーションと応力解析技術への応用】新鮮屍体から得られた軟骨を含んだ骨の形状を3Dスキャナーを用いたモデル化し、CT画像から作成した骨のみのモデルを除くことで、軟骨領域の3次元的分布の評価が可能となる。このデータをもとに、軟骨を考慮した手術計画を行い、その精度を評価する。また軟骨形態データを用いて関節にかかる応力を有限要素モデルで解析する。
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[Journal Article] 3D morphometric analysis of laminae and facet joints in patients with degenerative spondylolisthesis2015
Author(s)
Matsuo, Y. Kaito, T. Iwasaki, M. Sugiura, T. Fujimori, T. Nagamoto, Y. Kashii, M. Murase, T. Yoshikawa, H. Sugamoto, K.
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Journal Title
Modern rheumatology
Volume: 25
Pages: 756-760
DOI
Peer Reviewed
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