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2017 Fiscal Year Research-status Report

吸収性スクリューによる頚椎椎間関節固定術の生体力学的研究

Research Project

Project/Area Number 15K10376
Research InstitutionNippon Medical School

Principal Investigator

金 景成  日本医科大学, 医学部, 准教授 (30339387)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉田 大蔵  日本医科大学, 医学部, 助教授 (30210701) [Withdrawn]
中嶋 隆夫  日本医科大学, 医学部, 助教 (30267190)
森本 大二郎  日本医科大学, 医学部, 助教 (80445783)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords頸椎 / 有限要素法 / 固定術 / 吸収性スクリュー
Outline of Annual Research Achievements

高齢化社会に伴い、ますます増加する脊椎手術において、固定術には高価な金属製インプラントが用いられる。しかし医療経済の問題を含め、放射線撮影時のアーチファクトなど様々な問題を含んでいる。一方、吸収性スクリューは安価であり、金属製インプラントにみられる金属製アーチファクトの問題や、異物が生涯にわたって生体内に残るという問題など、様々な問題点も解決できる可能性がある。
我々は、吸収性スクリューを頸椎固定術に応用し、良好な手術成績を報告してきた。特に頸椎椎間関節固定術へ吸収性スクリューを用いることで、安価なスクリュー単独で頸椎固定術を行うことができ、その利点について報告している。しかし、金属製インプラントと比較し剛性が劣る吸収性スクリューの頸椎固定術への応用に関しては、生体力学的な観点からの研究はなされていないのが現状である。そこで我々は、コンピューターによるシミュレーションにより頚椎後方固定術に吸収性スクリューを用いることによる問題点を明らかにすることで、頸椎手術に新たな選択肢が提示できる可能性があると考え、本研究を行っている。
本研究を行うためにはまず、健常のヒト頚椎のCT情報をもとにコンピューター上で有限要素法を用いて頸椎可動性モデルを作成する必要がある。しかし、ヒトの頸椎運動を詳細に再現できるようなヒト頸椎の可動性モデルを有限要素法を用いて作成することは容易でなく、過去の報告でも数編にみられる程度である。
今回我々は、ヒト頸椎CT情報をもとに、詳細な動態モデル作成を行い、生体力学的な研究を行っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究を行うためにはまず、健常のヒト頚椎のCT情報をもとにコンピューター上で有限要素法を用いて頸椎可動性モデルを作成する必要がある。しかし、ヒトの頸椎運動を詳細に再現できるようなヒト頸椎の可動性モデルを有限要素法を用いて作成することは容易ではなく、過去の報告でも数編にみられる程度である。
今回我々は、ヒト頸椎CT情報をもとに有限要素法を用いて、頸椎の骨性モデルの作成に成功した。加えて、椎間板を作成して簡易的な動態モデルを作成し、更に、前縦靭帯や後縦靭帯、棘上靭帯や棘間靭帯、黄色靭帯や関節包などを追加作成することができた。このモデルを使い、6方向への荷重実験を行い、度重なるモデルの修正や繰り返す荷重実験を行うことにより、受容できるモデルの作成に成功した。
作成した頸椎の可動性モデルへスクリューを用いて頸椎後方椎間関節固定術を行い、頸椎固定術モデルを作成した。スクリューを吸収性スクリューと定義し、6方向の荷重実験を行ったところ、スクリューの破損はみられなかった。スクリューを現在日常臨床で使用されているチタン製スクリューと定義し、同様に6方向の荷重実験を行ったものと比較したところ、チタン製スクリューと同程度の固定力があることが示された。
臨床でも4例で同様の外科治療を行い、スクリューの破損なく良好な結果が得られている。

Strategy for Future Research Activity

今回我々は、健常のヒト頚椎CT情報をもとに有限要素法を用いてコンピューター上で詳細な頸椎可動性モデルを作成し、吸収性スクリューによる頸椎後方椎間関節固定術が生理環境下では受容できるものであることを示すことができた。また実臨床で4例の頚椎症症例に対して固定術を行い、スクリューの破損なく良好な結果を得ることができた。
今後は、吸収性スクリューが吸収過程で剛性が低下した場合の固定性についても検討を重ねていく予定である。また、靭帯損傷や椎間関節損傷、椎間板損傷などの非生理的環境下ではどうか、という点に関しても更なる研究を行っていく予定である。その際、使用するスクリュー径についても解析し、必要となる強度を明らかにし、椎弓ワイヤリングなどの簡易的な固定術を吸収性スクリューによる固定術へ併用することによって、どの程度の固定力が得られるのかについても、解析していく方針である。
以上の結果をもとに、病的環境下での検討を行うため、頸椎すべり症モデルや不安定性を有するモデルを作成し、同様に解析を行っていきたく思っている。

Causes of Carryover

研究に関する論文を作成し、アメリカでの学会へ参加するよていでありましたが、論文作成の段階で難航し、追加実験を行う必要性に迫られました。今後、データを再検討し、追加実験を行うかどうか方針を決定した上で、必要に応じ追加実験を行い、本研究の成果に関する論文を作成していく予定です。その上で、欧米への学会へ本研究の成果を発表していきたく思っています。

  • Research Products

    (13 results)

All 2018 2017

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Superior and middle cluneal nerve entrapment as a cause of the low back pain. - clinical review -2018

    • Author(s)
      Isu T, Kim K, Morimoto D, Iwamoto N
    • Journal Title

      Neurospine

      Volume: 15 Pages: 25-32

    • DOI

      10.14245/ns.1836024.012

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spinal cavernous angioma associated with Klippel-Trenaunay-Weber syndrome: a case report and literature review2018

    • Author(s)
      Oda K, Morimoto D, Kim K, Yui K, Kitamura T, Morita A
    • Journal Title

      World Neurosurgery

      Volume: 109 Pages: 333-337

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2017.10.040

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Acute post-stroke depression is associated with thalamic lesions and the clinical outcome: A case-control study2018

    • Author(s)
      Omura T, Kimura M, Kim K, Mishina M, Mizunari T, Kobayashi S, Morita A
    • Journal Title

      J Stroke Cerebrovasc Dis

      Volume: 27 Pages: 499-505

    • DOI

      10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2017.09.028

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Common diseases mimicking lumbar disc herniation and their treatment2017

    • Author(s)
      Kim K, Isu T, Morimoto D, Iwamoto N, Kokubo R, Matsumoto J, Kitamura T, Sugawara A, Morita A
    • Journal Title

      Mini-invasive surgery

      Volume: 1 Pages: 43-51

    • DOI

      10.20517/2574-1225.2017.05

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Treatment of low back pain elicited by superior cluneal nerve entrapment neuropathy after lumbar fusion surgery.2017

    • Author(s)
      Iwamoto N, Isu T, Kim K, Chiba Y, Morimoto D, Matsumoto J, Isobe M.
    • Journal Title

      Spine Surgery and Related Research

      Volume: 1 Pages: 52-157

    • DOI

      https://doi.org/10.22603/ssrr.1.2016-0027

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Superior Cluneal Nerve Entrapment Neuropathy and Gluteus Medius Muscle Pain: Their Effect on Very Old Patients with Low Back Pain.2017

    • Author(s)
      Kokubo R, Kim K, Isu T, Morimoto D, Iwamoto N, Kobayashi S, Morita A.
    • Journal Title

      World Neurosurgery

      Volume: 98 Pages: 132-139

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2016.10.096

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Long-term Outcome of Surgical Treatment for Superior Cluneal Nerve Entrapment Neuropathy.2017

    • Author(s)
      Morimoto D, Isu T, Kim K, Chiba Y, Iwamoto N, Isobe M, Morita A.
    • Journal Title

      Spine (Phila Pa 1976)

      Volume: 42 Pages: 783-788

    • DOI

      10.1097/BRS.0000000000001913.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamic factors involved in common peroneal nerve entrapment neuropathy2017

    • Author(s)
      Kitamura T, Kim K, Morimoto D, Kokubo R, Iwamoto N, Isu T, Morita A
    • Journal Title

      Acta Neurochir

      Volume: 159 Pages: 1777-1781

    • DOI

      10.1007/s00701-017-3265-2

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Superior cluneal nerve entrapment neuropathy as a common cause of LBP2017

    • Author(s)
      Kim K, Isu T, Morimoto D, Kokubo R, Iwamoto N, Matsumoto J, Morita A
    • Organizer
      The 8th Annual meeting of Asia Spine
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Biomechanical analysis of cervical posterior fixation with bioabsorptive screw2017

    • Author(s)
      Kim K, Isu T, Kokubo R, Morimoto D, Iwamoto N, Nakajima T, Matsumoto J, Morita A
    • Organizer
      The 8th Annual meeting of Asia Spine
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FBSSにおける傍腰椎疾患治療の果たす役割2017

    • Author(s)
      金景成、井須豊彦、國保倫子、森本大二郎、岩本直高、森田明夫
    • Organizer
      第7回低侵襲・内視鏡脊髄神経外科研究会
  • [Presentation] 脳神経外科医として知るべき末梢神経障害2017

    • Author(s)
      金景成、井須豊彦、森本大二郎、岩本直高、國保倫子、喜多村孝雄、松本順太郎、菅原淳、石垣大哉、森田明夫
    • Organizer
      第76回日本脳神経外科学会学術総会
  • [Presentation] 中殿皮神経障害の治療が有効であったパーキンソン病に併発した腰下肢痛の1例2017

    • Author(s)
      金景成、井須豊彦、國保倫子、森本大二郎、岩本直高
    • Organizer
      第52回日本脊髄障害医学会

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Published: 2018-12-17  

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