早期発症側弯症に対する低侵襲矯正固定術のための固定範囲決定手法

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K09100
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 高橋 淳 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (60345741)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小関 道彦 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (50334503) ; 大場 悠己 信州大学, 医学部附属病院, 医員 (10792129) ; 加藤 博之 信州大学, 医学部附属病院, 特任教授 (40204490)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 早期発症側弯症 / 脊椎矯正固定術 / 手術シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、実験的検討に用いる模型の製作、患者別脊椎モデルの構築、早期発症側弯症を模擬する数値シミュレーションの３項目について検討を進めた。
第一に、前年度に開発した水圧駆動型脊椎模型では駆動力が小さいことや水漏れが生じるなどの構造上の問題があり、製作精度を高めるなどの改良を行ってもこれらの問題解決に至らなかったため、椎体をボールネジ機構で伸展させる新たな椎骨模型を設計製作した。９椎の椎骨模型を鋼球およびラバーバンドで連結して脊椎模型を製作した。この模型は、水圧駆動に比べて正確に伸展量を制御できるため、脊椎後方矯正固定術を施した状態でのクランクシャフト現象をより適切に再現することが可能となった。そして、本研究で提案する凸側だけを固定するCVSSF法を適用し、脊椎の回旋が改善することが確認された。
第二に、複数の側弯症患者のX線CT画像に基づき患者別解析モデルの構築を行った。モデル構築には市販ソフトウェアを用い、撮影範囲の各椎骨を分離してモデル化を行った。構築したモデルを用いることにより術後アライメントを三次元的に評価することが可能となった。本手法は、早期発症側弯症だけでなく多くの脊椎疾患に適用可能な、より汎用性の高い評価手法として期待される。
第三に、成長に伴い側弯症が増悪する過程について数値シミュレーションを実施した。本シミュレーションでは、標準化した脊椎モデルを構築し、その周囲組織の剛性を調整することにより成長に伴って側弯状態になる様子の再現に成功した。シミュレーション結果は実際の側弯症患者の脊椎形態に類似しており、原因が不確かな特発性側弯症の発生機序の説明に繋がる可能性がある。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

３つの研究テーマ、すなわち、[1]成長する脊椎模型の改良、[2]患者別解析モデルの構築、[3]脊椎成長シミュレーションの実施、を並行して推進し、それぞれ上記の通りの成果が得られた。本研究では、早期発症側弯症に対する手術の低侵襲化を目的としており、本年度の成果によりその検討の基礎となる部分を確立できたと考える。

Strategy for Future Research Activity

本年度の成果にはいずれもまだ改良の余地が残されている。脊椎模型については、ボールネジによる伸展する力に比して全体構造の強度が不足している。患者別解析モデルについては、周囲組織のモデル化が不十分である。脊椎成長シミュレーションについては、実際の患者に比べて側弯の度合いが小さい。これらの課題を解決した上で、3つの研究テーマを組み合わせることにより本研究が目的とする早期発症側弯症に対する固定範囲の決定に繋げたい。なお、模型およびシミュレーションでの検討に目途がついたため、当初計画していた実験動物を用いた検討は行わないこととする。

Causes of Carryover

当模型製作には研究者所属機関が保有する３Ｄプリンタを無償で利用できたため、費用を大幅に削減することができたため。また、発表予定の学術講演会が中止となったため。
次年度も脊椎模型の製作を鋭意進める予定であり、３Dプリンタの利用が有償となるため、その材料費として使用する。