2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of prediction model of mechanical property change of articular cartilage based on in vivo kinematics and articular contact behavior
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16K05970
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
小林 公一 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (70296317)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邊 裕治 新潟大学, 自然科学系, 教授 (60143020)
大森 豪 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 教授 (70283009)
坂本 信 新潟大学, 医歯学系, 教授 (80215657)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生体力学 / キネマティクス / 膝関節 / 関節軟骨 / 前十字靭帯 / イメージマッチング / MRI / 力学的特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
運動器における機能障害の発生要因を解明し、より効果的な予防法および治療法を開発するためには、関節における荷重伝達機構についての詳細な理解が必要不可欠である。本研究の目的は膝関節の生体内キネマティクスおよび接触圧力データに基づく関節軟骨の力学特性変化予測モデルを構築することである。平成30年度は同一被験者の前十字靭帯損傷前後の膝を対象として、立位スクワット屈曲初期を2D-3Dイメージマッチング法により解析し、軟骨モデル同士の滑り量の指標として接触移動距離を求めた。膝関節は構造的に内側と外側で構成されるので、それぞれで結果を算出した。また、脛骨に対する大腿骨の相対運動を評価するため、大腿骨上顆突起を結んだ軸（以下，TEA）の内外側の端点前後移動量を算出した。
接触移動距離を膝関節の内側と外側で比較すると、ACL損傷前後ともに内側で接触移動距離が大きかった。損傷前後で比較すると損傷後の方が内外側ともに接触点移動量が大きく、特に外側で顕著であった。TEAの内外側端点前後移動量を内側と外側で比べると，損傷前後ともに外側でTEAの端点移動量が大きかった．損傷前後での比較では損傷後の方が内外側ともに小さくなる傾向が見られた。
TEAの端点前後移動量は内外側ともにACL損傷後に減少し、ACL損傷後に接触点の累積移動量が増加したことから，屈曲初期において脛骨に対する大腿骨の転がりの減少が関係し、滑りが増加したと考えられる。
また、軟骨の力学特性を推定する指標を探索するため、ブタ健常膝関節軟骨を対象として、軟骨の力学物性とMRIによる画像情報から得た軟骨構成成分との相関関係を調査した。ブタ膝関節をMR撮像し、水分含有量の指標としてT2値を計測した。その後、対象部位を抜き取って軟骨試験片を作成し、静的力学負荷試験に供した。その結果、T2値と圧縮特性に明確な相関は見られなかった。
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[Journal Article] Correlation between posterior tibial slope and sagittal alignment under weight-bearing conditions in osteoarthritic knees2018
Author(s)
Mochizuki Tomoharu, Tanifuji Osamu, Koga Yoshio, Sato Takashi, Kobayashi Koichi, Watanabe Satoshi, Fujii Toshihide, Yamagiwa Hiroshi, Katsumi Ryota, Koga Hiroshi, Omori Go, Endo Naoto
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Journal Title
PLOS ONE
Volume: 13(9)
Pages: e0202488
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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