2008 Fiscal Year Annual Research Report
MRIによる膝関節3Dモデルの作成とその接触領域評価および接触圧力解析への応用
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19360046
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
田邊 裕治 Niigata University, 自然科学系, 教授 (60143020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 信 新潟大学, 医歯学系, 教授 (80215657)
小林 公一 新潟大学, 医歯学系, 助教 (70296317)
大森 豪 新潟大学, 超域研究機構, 教授 (70283009)
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 生体力学 / MRI / 脛骨大腿関節 / RBSM法 / 接触圧力 / 人工股関節 / 関節鏡手術 |
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| Research Abstract |
非侵襲、非X線被爆で生体関節に適用可能なMRI情報に基づくコンピュータ支援手術システムを開発することを目的に、要素技術の確立を目指した研究を実施した。
前年度でMRI情報から膝関節3Dモデルを再構築する方法を開発した。さらに、関節接触領域判定法を確立し、in vivoでの膝関節における接触面積や接触領域の分布を求め、脛骨大腿関節および膝蓋大腿関節の運動解析や接触状態についても解析した。本年度はこれらの精度検証を実施し、精度向上をはかるとともに、RBSM法による接触圧力解析や関節鏡手術への展開を図った。
接触状態の精度検証はブタ後肢脛骨大腿関節を対象に感圧紙法を適用して行った。その結果、接触判定の際のMR輝度の閾値について、二峰性を有する輝度ラインプロファイルの最大値と最小値の比が0.8以上で接触と判定すれば、感圧紙の測定結果と±5%以内の誤差で一致する事がわかった。運動解析の精度向上には関節輪郭形状に加えてMR画像の二次元輝度情報の最適化が有効であることがわかった。接触圧力について、RBSMに基づく離散要素解析(DEA)法の適用可能性を検討した。人工股関節を対象に、日常動作におけるライナー/骨頭間の接触応力分布を解析した。その結果、歩行動作では速さに比例して最大接触応力の増加がみられた(最大値は約 14.5MPa)。また、膝の曲げ動作に注目すると、Standing up、Sitting down、Knee bendingの各動作サイクルでサイクルの30%前後から急激な応力増加がみられ、サイクルの50%前後で最大に達することがわかった。関節鏡手術への展開ではKnee CASとCTから構築した膝関節3次元モデルに関節鏡視画像をリアルタイムに重ね合わせるシステム(リアルタイムオーバーレイ)を開発した。術前計画を実際の関節鏡手術時に短時間かつ高精度で再現できることが確認された。
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[Presentation] ヒト手関節の生体接触領域解析2008
Author(s)
笹川圭右, 坂本信, 吉田秀義, 小林公一, 田邊裕治
Organizer
日本機械学会第19回バイオフロンティア講演会
Place of Presentation
首都大学東京南大沢キャンパス国際交流会館
Year and Date
2008-09-24
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