2020 Fiscal Year Annual Research Report
Patient-specific bone remodeling prediction around femoral stem after total hip arthroplasty
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17K01362
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
山子 剛 宮崎大学, 工学部, 准教授 (50452074)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 人工股関節 / バイオメカニクス / ストレスシールディング / 有限要素解析 / 骨リモデリング / 変形性股関節症 / セメントレスステム / デザイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は人工股関節置換術後のインプラント周囲の骨反応とステムの固定性における経時変化を患者個別に予測する技術の確立を図り，患者個々にデザインコンセプトの実現性を評価することである．術後，大腿骨は金属製ステムを設置したことによる力学環境の変化に起因して，様々な骨のリモデリングを生じる．中でも近位部での骨量減少はステムの弛みを引き起こすことから，長期生存のために解決が求められている．近年，術後の骨量減少を抑制するためにヤング率を傾斜化したり，ポーラス化した新しいコンセプトのステムも開発されている．しかし，骨の形状と質は患者ごとに大きく異なり，ステムの設置位置も様々であることから，患者よってはステムの機能が十分に発揮できない場合が想定される．
本研究では患者個別に術後の骨反応を予測するシミュレーション技術を確立した．最終年度ではTapered-wedgeタイプのセメントレスステムを使用した患者６名を対象として術後の骨反応を個々に解析した．また，ステムの設置位置を仮想的に外反位または内反位にした場合の骨密度変化を解析し，設置位置が骨量減少に及ぼす影響について検討し，ステムコンセプトの実現性を考察した．本ステムが大腿骨近位内側の皮質骨と接触している症例では，近位内側部（Gruen zone7）の骨密度が術後2年で18.7%低下した．この症例に対して仮想的にステムを外反位で設置した場合，骨密度は24.7%減少した．一方，ステムが大腿骨近位内側の皮質骨に接触していない症例では，骨密度は術後2年で32.1%低下した．この症例に対して，仮想的にステムを内反位で設置した場合，骨密度の減少は25.2%であった．以上より，Tapered-Wedge型ステムが近位部の骨量を維持しコンセプトを発揮するために，ステムと近位内側の皮質骨との接触が重要であることが示された．
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