コンピュータ支援人工膝関節置換術の精度向上のための超音波装置の開発と臨床応用

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17500328
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 村津 裕嗣 神戸大学, 医学部附属病院, 講師 (30273783)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長宗 高樹 神戸大学, 大学院・医学系研究科, 学術推進研究員 (80397827) ; 水野 清典 神戸大学, 医学部附属病院, 助手 (40418778) ; 黒田 良祐 神戸大学, 大学院医学系研究科, 助手 (80379362) ; 黒坂 昌弘 神戸大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (70170115) ; 吉矢 晋一 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (00201070)
• Keywords: 情報工学 / 超音波 / 電磁センサ / コンピュータ支援技術 / 膝 / 人工関節 / 臨床 / 整形外科

Research Abstract

目的:
コンピュータ支援人工膝関節置換術における、解剖学的参照点入力時の人為的誤差軽減の為の超音波探触子を用いた支援システムを構築すること。本年度は以下の目的に研究を進めた。
(1)皮膚表面より骨表面形状取得に適した超音波探触子の開発(2)超音波デバイスと3次元電磁センサ技術を用いた骨表面3次元形状の取得。
実験:
(1)1MHzから10MHzまでの複数の探触子を用意し、屍体膝の大腿骨内外上顆周囲を対象とした比較実験を行った。
(2)3次元電磁センサ設置可能な超音波探触子台座を作成した。台座の位置・姿勢をリアルタイムに取得することで、探触子から送信される超音波の3次元空間上におけるビーム路程を求めた。ビーム路程データとその第一反射波を120Hzで取得し、その反射波位置を組み合わせることで大腿骨内外上顆付近の骨表面3次元形状を求めた。取得データの精度を確保するために大腿骨側にK-wireを用いて直接3次元電磁センサを設置した。骨表面形状を電磁センサ付プローブで実測し超音波取得データの精度検証に用いた。
結果:
(1)0.8-3MHzの広帯域超音波探触子が皮膚表面より大腿骨表面及び裏面からの反射波をより正確に捉える事に適していた。
(2)入射波と第一反射波までの時間より距離を求め、電磁センサ情報より第一反射波の位置を3次元空間上でつなぎあわせることで大腿骨内上顆付近の骨表面形状を構築したところ、実測値との誤差は1.0mm以内であった。