2018 Fiscal Year Research-status Report
超高精細X線CT装置を用いた包括的骨脆弱性評価に関する研究
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18K15624
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
長谷川 浩章 東京大学, 医学部附属病院, 診療放射線技師 (20420218)
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Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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Keywords | 超高精細CT / マイクロCT / 海綿骨 / 骨梁構造解析 / 有限要素解析 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超高精細CT装置を用いたX線CT画像が従来の画像に対して高い空間分解能を有していることから、マイクロCT装置によるin vitroにおける骨梁形態評価に依存せず、in vivoの骨梁形態評価が有効性であるとの仮説を立て、①模擬海綿骨の骨梁構造形態の基礎的評価、および②人工骨を用いた有限要素解析による骨梁形態の計算生体力学的特性評価の2項目の検証から前述の仮説を立証することを目的とする。平成30年度は海綿骨を有した人工腰椎モデルについて、3Dプリンタを用いて作成した。海綿骨は骨密度若年成人平均値に応じて3種類作成することで、骨粗鬆症の程度に応じた腰椎ファントムを作成した。次に、3Dプリンタを用いて作成された腰椎ファントムをマイクロCT装置により撮影し、海綿骨領域の画像が視覚的に生体画像と同様の構造を有していることを確認した。さらに、骨構造形態パラメータである骨梁体積率、骨梁表面積体積比、骨梁幅、骨梁数、骨梁間距離、骨梁連結性を算出し、これらの解析結果が生体画像を用いた時に得られる値の範囲内であることを確認した。有限要素解析についても同様であった。以上の検討から、3Dプリンタを用いて人工的に作成した腰椎ファントムが生体と同等に扱える妥当性があると評価し、解析結果についても本研究の目的を達成するためのものとして採用できると判断した。現在は超高精細CT装置による腰椎ファントムの画像取得について準備を進めている。
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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
平成30年度は海綿骨を有した人工腰椎モデルについて、3Dプリンタを用いた作成とその妥当性についての検証を行った。本研究では骨梁構造形態を行うため、特に人工的に作成したファントムは生体を模擬した必要があり、その妥当性を確認することは研究結果の信頼性を高める上で必要不可欠である。海綿骨は骨密度若年成人平均値に応じて3種類作成することで、骨粗鬆症の程度に応じた腰椎ファントムを作成した。次に、3Dプリンタを用いて作成された腰椎ファントムをマイクロCT装置により撮影し、海綿骨領域の画像が視覚的に生体画像と同様の構造を有していることを確認した。さらに、骨構造形態パラメータである骨梁体積率、骨梁表面積体積比、骨梁幅、骨梁数、骨梁間距離、骨梁連結性を算出し、有限要素解析についても実施した。これらの解析結果は生体画像を用いた時に得られる値の範囲内であったため、本研究で使用する腰椎ファントムとして妥当であると評価し、解析結果についても本研究の目的を達成するためのものとして採用できると判断した。以上の結果は平成30年度に当初予定していた研究計画であり、当該研究課題は順調に遂行できていると判断した。
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Strategy for Future Research Activity |
本研究では研究期間内に超高精細CT装置を用いて①模擬海綿骨の骨梁構造形態の基礎的評価、②人工骨を用いた有限要素解析による骨梁形態の計算生体力学的特性評価を行う。これらの2つの評価項目について、一般的なCT画像診断で使用する標準的な撮影モードに対して高分解能撮影が可能な高精細モードの優位性をファントムデータから検証し、超高精細CT装置によるin vivoの骨梁形態評価の可能性を明らかにする。今後は超高精細CT装置による腰椎ファントムの画像取得を試みる。超高精細CT装置では、標準モード(一般的な検査で使用される検出器構成を使用した従来と同等のCT画像)と高精細モードが使用できるため、CT画像の空間分解能を考慮して、研究の目的が達成できるような撮影モードを設定し画像取得を行う。平成31年度は、これらの実験を年度早期に完了させ、残りの期間は研究結果の取り纏めと、当該研究課題の総括として学会発表、論文誌等による研究成果の公表に関する作業に充てる予定である。
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Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由:当初購入予定であった数値計算用ワークステーションは、解析作業を外部委託としたため不要となった。人工腰椎モデルについては、標本は使用せず3Dプリンタを用いて作成したための費用が生じた。研究経費の余剰については、解析作業に必要な費用である。 使用計画:研究の進捗はおおむね順調であり、研究計画の変更等は生じていない。平成30年度経費の残額については、繰り越すことにより平成31年度において解析作業に必要な費用および研究成果の公表に資する経費(旅費、論文作成に関する英文校正及び投稿料等)に充当する予定である。
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