2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of novel musculoskeletal computer simulation system capable of three dimensional dynamic preoperative planning in total knee arthroplasty
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17K11004
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
栗山 新一 京都大学, 医学研究科, 助教 (90722942)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 秀一 京都大学, 医学研究科, 教授 (40294938)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 前十字靭帯・後十字靭帯温存型人工膝関節置換術 / 新しい筋骨格シミュレータ / 動的術前計画 / 医療・福祉 / シミュレーション工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1)前十字靭帯・後十字靭帯(ACL・PCL)温存型人工膝関節置換術(TKA)の「動的」シミュレーション解析：従来の筋骨格コンピュータシミュレータを用い、ACL・PCL温存型TKA動的解析を行った。ACL・PCL温存型TKAは、既存のTKAと異なり、膝関節伸展時での大腿骨位置は正常膝関節に近似、中間可動域の不安定性を生じなかった。一方、膝関節屈曲時の大腿骨後方移動と回旋運動は正常膝より著しく低下していた。これは、温存靭帯と人工関節の形状の不一致が原因で、特に外側側副靭帯とPCLが過緊張となり、生体で問題となる術後膝関節痛や関節拘縮の原因と考えられた。この問題の解決法として、今まで行われてきた、脛骨インプラント後方傾斜を強くする方法、脛骨近位の骨切り量を増やして関節弛緩性を増やす方法では対処困難で、大腿骨インプラント前後径のサイズダウンにより、膝屈曲時の靭帯過緊張が緩和された。一方、関節面形状に合わせ大腿骨及び脛骨インプラントを傾けて設置することでも靭帯過緊張軽減をみたが、脛骨内側に応力が集中することが判明した。
2) 光学式マーカを用いたモーションキャプチャにおける術前・術後動態評価：3次元動作解析装置を使用し、TKA対象患者の術前・術後歩行解析を行なっている。現存するACL・PCL温存型TKAの問題点が1)の検討により示されたため、バックアップの治療効果が安定したTKA機種で解析を行っている。現時点で、TKA術前よりも術後の歩容が改善している結果がでている。
3)新しいコンピュータシミュレーションの開発：1)で検討した結果を元に、有限要素解析と動態解析が同時に算出可能な新しいコンピュータシミュレーターの開発が進んでいる。すでに人工関節術後スクワット運動での解析が可能となっており、現在3つの人工関節デザインの膝関節動態及び関節に加わる接触力の違いを検証している。
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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
目標で掲げたACL・PCL温存型TKAの従来型コンピュータシミュレータを用いた「動的」術前計画は、目標通りに結果を出すことができ、現在学会報告を積極的に行っている。モーションキャプチャによる動的術前計画の妥当性の検証は、ACL/PCL温存型TKAの問題点がコンピュータシミュレーターで示されたため、バックアップで計画を準備した、安全性と術後長期成績に定評のあるTKAを用いて研究の継続をして、現在順調に術前・術後の動態の変化を解析できている。新しいコンピュータシミュレーション開発は、すでに稼働可能で解析結果も算出できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ACL・PCL温存型TKAの従来型コンピュータシミュレータを用いた「動的」術前計画は、英語論文作成も完成し、peer review英文雑誌に投稿可能な段階である。本邦初の有限要素解析が可能な筋骨格コンピュータシミュレータ開発は、すでに稼働できているため、前年度で解析した従来までの筋骨格シミュレータの解析結果、光学的マーカを用いた実際の患者における動態解析結果を照らし合わせ、新しい筋骨格シミュレータの算出された解析結果に妥当性があるか現在検証している。また、インプラントのデザインを変更してどのような動態変化を生じるかも検討を開始している。
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| Causes of Carryover |
理由：現在論文投稿準備中であり、論文等にかかる校正及び投稿費用のため繰り越し行った。
使用計画：論文投稿準備完了次第投稿を行い、繰り越し費用を使用する。
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Research Products
(2 results)
