2019 Fiscal Year Research-status Report
高精度イメージマッチング法を利用した関節動態評価手法の開発
| Project/Area Number |
18K12120
|
|---|
| Research Institution | Kyushu Sangyo University |
|---|
Principal Investigator |
日垣 秀彦 九州産業大学, 生命科学部, 教授 (00238263)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 生体肩関節 / 人工股関節 / 低侵襲性高精度動態解析 / インピンジメント評価 / 不安定性評価 / 最接近点変位 / 置換位置シミュレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，肩関節・股関節に関する評価パラメータの検討および評価手法の開発を行った．
肩関節ではスポーツ動作時に頻繁にみられる回旋動作に着目し，これまで報告がほとんどなかった肩甲骨関節窩と上腕骨頭間の最接近点変位評価を提案した．対象は健常肩関節・腱板断裂肩関節とし，申請者の開発した生体肩関節の低侵襲性高精度動態解析手法を適用することで，生体内における肩甲骨および上腕骨の高精度空間姿勢の算出を行った．算出した空間姿勢を3Dモデルに反映することで，3次元で肩甲骨関節窩と上腕骨頭間の最接近点が計測可能となる．計測結果では健常肩関節において，ほとんどの被験者で回旋動作に伴う最接近点の分散が小さく，肩甲骨関節窩摺動面で集中傾向にあることを確認した．これに対し腱板断裂肩関節では，ほとんどの被験者で肩甲骨関節窩辺縁部での最接近点の集中を確認した．これらの研究結果は腱板断裂による不安定性評価ならびに，肩甲骨関節窩辺縁部の変形メカニズムの解明に有用であると考えられる．
股関節では前年度報告した人工股関節のLinerとneck間の最接近距離の算出による，インピンジメントの危険性評価に基づいた，Shell置換位置のシミュレーション評価を提案した．前年度までに深屈曲位より最伸展位の最接近距離が小さいことを明らかにしたが，さらにShell置換位置をシミュレーションすることで，最伸展位におけるShellの前方開角の増加とElavated Linerを用いた場合にインピンジメントの危険性が最も高いことを確認した．この研究結果は臨床整形外科分野で深屈曲時に後方への脱臼を避けるため用いられてきた手法が，最伸展位でインピンジメントの危険性を孕んでいることを示唆している．
これらの研究成果を報告するにあたり，補助金を用いてデータ蓄積用記憶媒体の購入，モデリング材料および加工器具を多数購入した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度までに，肩関節・股関節を中心とした評価パラメータ検討および評価手法の開発を当初の予定通り順調に行っている．
肩関節では，健常肩関節と重度の腱板損傷肩関節における日常動作やスポーツ動作などで頻繁にみられる肩甲骨面挙上動作，回旋動作を対象に動態の比較評価を行った．さらに肩峰下面と上腕骨頭間の最小距離の変位や，肩甲骨関節窩と上腕骨頭間の最接近点変位評価など，これまで報告がほとんどなかった新たな評価手法を提案した．これらの評価手法は腱板損傷による肩関節の不安定性評価や関節面の変形メカニズムの解明に有用と考えられ，「Clinical Biomechanics 60」や「日本機械学会」などの国内外の学会において研究成果を報告している．
股関節では，主に人工股関節のLinerとneck間におけるインピンジメントに着目し，最も可動が大きいと考えられるスクワット動作の生体内動態解析を行なった．さらに，算出した動態解析結果に基づいた人工股関節のLinerとneck間の最接近距離の算出，Shell置換位置のシミュレーション評価手法を提案した．これらの評価結果からは，臨床整形外科分野における人工股関節全置換術の術式改善や，術後成績の向上に有用な情報が得られると考えられ，「臨床バイオメカニクス学会」をはじめとした国内学会において研究成果を報告している．
開発した評価パラメータおよび評価手法は，申請者の開発した低侵襲性高精度動態解析手法より得られる6自由度動態解析結果に基づいている．これには解析対象関節の選定と解析に必要とされる医用画像の収集が必要不可欠である．臨床の連携研究者と共にディスカッションを重ね，臨床分野やリハビリテーションの分野に応用可能な新たな評価パラメータの開発と，それを見据えた撮影条件や対象動作，対象関節などの選定を継続して行っている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究計画は申請者の開発した低侵襲性動態解析手法より得られる高精度生体内関節動態解析結果とそれを鋭敏に反映した空間姿勢に再現した3D骨モデルに基づいている．本年度に引き続き，解析に用いる対象関節の医用画像の収集を本計画に参加していただいている，臨床の連携研究者である九州大学医学部の中島康晴教授，京都大学医学部の松田秀一教授，愛媛大学医学部の三浦裕正教授の協力のもと行っていく．
対象関節は申請時に予定していた肩関節，脊椎，腰椎，股関節および足関節とし，継続的にデータ取集を行っていく．対象動作については，可動域が広い動作や日常生活動作の中で回避困難な動作，さらに疾患時に運動異常がみられる動作，手術後に満足度の低い動作やリハビリテーションで行う動作とする．また，下肢，上肢，体幹など，複数関節による連動動態解析を見据えた評価手法の開発にも取り組んでいく．股関節疾患のある患者は膝関節疾患を起こしやすいことが臨床分野で知られているが，股関節疾患から膝関節疾患へのメカニズムに関する報告は少ない．複数関節の連動動態解析では，撮影機器の問題から撮影方法や計測方法を工夫する必要があり，個々の関節動態を連動した総合的な動態として評価する手法やパラメータの開発が必要である．臨床の連携研究者と継続的にディスカッションを行い，最適な撮影条件や評価手法の確立を目指す．さらに，これまで開発してきた最接近距離の評価や，高精度生体内関節動態を反映した3D骨モデルに，トライボロジー分野の評価手法を組み合わせた新たな評価パラメータの開発を検討している．これらの研究成果は今年度に引き続き随時，国内外の学会等の発表・論文掲載での報告を予定している．
|
Research Products
(20 results)
