2018 Fiscal Year Research-status Report

Development of Prediction System for Spine Morphology in Treatment of Pectus Excavatum

Research Project

Project/Area Number	18K12034
Research Institution	Kagawa University
Principal Investigator	永竿智久香川大学, 医学部, 教授 (20245541)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	シミュレーション / 有限要素解析 / 形成外科 / 胸郭 / 漏斗胸
Outline of Annual Research Achievements	漏斗胸は胸部が陥没している先天変形である。漏斗胸に対しては金属バーを胸郭に装着し、凹んだ部分を押し上げる手術が行われる。この矯正の過程においてはしばしば、脊椎がしだいに弯曲し、このための修正の手術が必要とされる。この合併症を避けるべく、漏斗胸の矯正に先立ち、脊椎の弯曲が生じるか否かを予測するシステムを構築することを目的として本研究を計画した。実際的な研究は以下のように計画した。まず120例の症例において、矯正の前後における脊椎の弯曲角の変化を、レントゲン画像において測定する。この一方で、矯正バーを装着することにより、脊椎を構成するおのおのの椎骨が受ける力の大きさと方向を、有限要素シミュレーションを用いて算出する。この上で、弯曲角の変化と、椎骨が受けた力の相関を解析する。これにより、どの椎体に対してどの程度の力が加わると、脊椎の弯曲が生じるのか　についての法則が解明される。上記の法則が解明されれば、手術に先立ち、脊椎の弯曲が増悪するか否かを、あらかじめ予測することができるようになる。平成30年度は3年間にわたる本研究の初年度である。この1年間で、漏斗胸患者のＣＴデータに基づき3次元シミュレーションモデルを作成し、これに対して負荷をかける技術の開発を行った。この結果、手術を行うとどの程度、脊椎の各椎骨に水平方向の力が加わるのかが算出できるようになった。また本研究の施行を通じて、本研究のモデル作成技術を用いることにより頭蓋骨がいかに、外力に対して反応するかを解明する技術を開発した。この成果はいわば副産物であるが、顔面外傷のメカニズムを解明する上で非常に有用である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究は３つの核心部分より構成される。第１は実際症例において発生した脊椎の側弯の定量的評価である。第２は漏斗胸患者のＣＴデータに基づき、もとの胸郭の力学的挙動を予測する3次元シミュレーションモデルを作成する技術を開発することである。第３は、計測により確認された脊椎側弯の増悪程度と、シミュレーションモデルにおいて求められた、各椎骨に対して水平方向に作用する力の相関を評価することである。これらの３項目を平成30年度から32年度にかけて、それぞれ１年ずつで施行していく予定を立てている。本年度は第２の核心部分（シミュレーションモデルを作成する技術の開発）を達成することができた。ゆえに比較的順調に進行していると評価する。
Strategy for Future Research Activity	上に述べたごとく、本研究は3つの核心部分より構成される。本年度はシミュレーションモデルの作成技術をほぼ確立した。ゆえに今後の2年間において他の項目である、実際症例の評価と、脊椎側弯角度と水平方向の力の相関の評価を行ってゆく予定である。また、副産物として得られた、頭蓋骨についての力学解析技術を応用することにより、顔面骨骨折の発生メカニズムにも取り組んでゆく予定である。
Causes of Carryover	本研究においては有限要素モデルの作成と解析計算を行うためにソフトウェアを使用しますが、このソフトウェアの年間使用料は約80万円です。2019年4月23日現在においで、2018年度分のソフトウェア使用料の支払いが済んでいないために繰越金額として査定されています。またウェブサイトの作成・維持にも年間24万円が必要ですが、この料金も支払いが2019年5月以後になるので、扱いとして繰り越しになっています。
Remarks	胸郭変形症について、国民に深く知っていただくためにホームページを作成しています。上記は作成したホームぺージのうち、平成30年度の研究成果に深く関連する部分です。