2015 Fiscal Year Research-status Report
3次元シミュレーションを用いた関節鏡ナビゲーションシステムの開発
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15K10442
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岡 久仁洋 大阪大学, 保健センター, 助教 (50724085)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 啓之 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00432542)
岡田 潔 大阪大学, 医学部附属病院, 講師 (40576279)
村瀬 剛 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (50335361)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナビゲーションシステム / 関節鏡 / 手術シミュレーション / 運動解析 / バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
変形性肘関節症に対する、標準的な治療は観血的もしくは関節鏡を用いて関節運動を障害している骨棘の切除が行われる。しかし、肘関節鏡は難易度の高い手術であり整形外科で上肢を専門とする医師でも一部のエキスパートのみが行える手術である。また、熟練した術者であっても2次元画像に基づいた治療計画やマニュアル操作による手術などの従来技術に頼った治療方法では、的確に骨棘を切除することは困難で骨棘の切除不足による可動域制限の残存や不適切な切除による術後関節症の再発、悪化など、その治療成績には限界があった。そこで3次元動態解析法と最新の3次元手術シミュレーション、ナビゲーションシステムを融合した新規の治療法の確立を目指し研究を進めてきた。Ｈ２７年度の開発予定であった手術シミュレーション機能である、変形性肘関節症の正常関節形態を予測するプログラムの開発を行った。上腕骨の正常部位の３次元データを元に、本来の肘関節の正常形状を推定するアルゴリズムを確立した。これにより、病的肘関節の骨棘切除部位を推定することが可能となった。ナビゲーション機能においては、術前のシミュレーションデータとナビゲーションシステムを同期することができるプログラムを開発した。シミュレーションで同定した病変部位をモニターで視覚化し、術者の操作部位と切除された部位をリアルタイムに表示することが可能となった。
また、過去の変形性肘関節症のCTデータから３Dプリンターを用いて2色形成骨モデルを作成し、ナビゲーションと関節鏡を用いて模擬手術を行った。さらに臨床応用のトライアルとして2色形成モデルを実際の手術野に持ち込み手術支援材料として使用し、手術時間、術後レントゲン、術後関節可動域などの臨床症状の改善度を評価し有用性を評価し、良好な術後成績がえられた。
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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
変形性肘関節症に対する骨棘切除の手術シミュレーション法の開発において、27年度に開発予定であった、患者個々の正常部分から本来の肘関節の形状を推定するプログラムを開発することができた。本技術により、病的骨棘を画像上で抽出することが可能となる。また、手術シミュレーションソフトからナビゲーションシステムに変換するためのプログラムも予定通り開発し、手術シミュレーションで同定した病変部分をナビゲーションシステムに表示することが可能となった。変形性肘関節症の3次元骨モデルを用いた模擬手術を行い、手術シミュレーションとナビゲーションを用いた手術操作が可能であるかを実験中である。実臨床においては、病変部分を視覚的に確認できる、手術支援2色成形3次元骨モデルを3次元プリンターで製造し、プレリミナリーに術中に持ち込んで、術者が手術の参考として用いて手術を行った。手術時間、術後の関節可動域、病変切除の正確性を評価した。引き続きデータを収集し、最終的には本技術との比較検討を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
変形性肘関節症の骨モデルを用いて、手術シミュレーションとナビゲーションを用いた本技術による手術法の精度を評価する。具体的には、切除部位シミュレーションで決定し、ナビゲーションシステムに表示させる。ナビゲーションに従って、模擬手術を行い、手術後の骨モデルを取り出して、CT撮影を行い、切除後の3次元骨モデルをコンピューター上で作成する。シミュレーションと術後の骨モデルを比較し、予定通り病変部位を切除できているかを確認することにより、本システムの精度を評価する。さらに、ナビゲーションメーカーと共同で、手術シミュレーション通り、操作することができるアブレーダーバーなどの開発に着手する。問題点として、ナビゲーションを肘関節で用いる場合、トラッカー（ナビゲーションに骨の位置を認識させる）を骨に設置する位置についての検討が必要である。解剖学的に橈骨神経、尺骨神経などが走行しているため、神経を損傷する可能性がなく、安全にトラッカーを設置できる場所を、カダバーを用いて検証を行う。本システムが高精度であり、安全に手術を行えることを確認したのち、臨床応用を開始する。
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| Causes of Carryover |
プログラム開発を行うために予算を計上したハイスペックPC2台は、現在所有しているPCで対応が可能であったため、購入を見送った。3Dプリンターを用いて切除予定部位を可視化したツートンカラーの実物大3次元骨モデルを製作する費用に関しては、H27年度は他の競争的助成金にて購入可能であった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現在所有しているPCで対応不可能なプログラムの開発、ナビゲーションシステムに対応したPCの購入が必要である。また、ナビゲーションの精度実験のためのツートンカラーの実物大3次元骨モデル、関節鏡に対応させるためのナビゲーション関連の備品の購入を計画している。
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