2019 Fiscal Year Research-status Report
Morphological analysis of cortical bones for the assessment of bone quality with clinical CT images
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19K09629
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
弦本 敏行 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 教授 (60304937)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐伯 和信 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 講師 (80195966)
大神 敬子 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 助教 (80812924)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 大腿骨 / 皮質骨 / 骨質 / CT画像 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
交付申請時の研究計画に従い、実際の研究を進めた。
（１）大腿骨骨幹部のCT画像の取得；予定の体数よりも多くの大腿骨CT画像を取得した。すなわち、当教室で保管中の現代人骨格標本に関しては、これまでに約100体のCTを撮影した。それらに関して、本研究計画のための前段階の解析として、皮質骨領域判別のための閾値の決定などの処理がほぼ終了している。さらに、大腿骨の横断面CT画像において皮質骨領域内のCT値分布を解析する目的で、試行錯誤を重ねて Microsoft Excelマクロ解析シートを完成させた。また、解剖体の大腿骨に関しても解析対象に追加すべきと考えたため、2019年4月～2020年3月の間に大学に搬入されたご遺体のうち、生前に同意を取得できたご遺体のうち、約30体に関しても大腿骨のCT画像を取得した。
（２）有限要素法を応用した対象大腿骨の力学的評価；研究計画に沿って、骨組織の解析に特化した有限要素法解析ソフトであるMECHANICAL FINDER 9; Standard versionを研究室のPCに導入した。ソフトウエアの立ち上げ作業を行った後、上記のように取得したCT画像情報を解析した。すなわち、日本人女性の骨格標本の右大腿骨44体を対象にし、それらのCTデータを用いて有限要素モデルを構築した。荷重条件を定めた上で、生体力学的パラメータ、各種応力、および各種ひずみとひずみエネルギー密度の解析を終了した。結果として、大腿骨内で部位によって応力の分布が異なる傾向があること、またそれらの分布パターンは年齢によって、あるいは大腿骨の形態学的特性によって異なることが確認された。
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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
その理由として、（１）骨格標本を対象としたCT画像の取得に関しては、結果として、計画を上回る十分な数の取得を終えることができた。これらのうち一部に関しては、以前よりすでに画像取得と解析が終了していたものであり、それら大腿骨骨幹部の形態解析結果に関して論文を作成・投稿中であった。2019年度にはそれを専門誌上にoriginal articleとして公開することができた。さらに、研究計画においては2021年度に実施する予定であったMicrosoft Excelマクロ解析シートを前倒しして、ほぼ完成させることができた。なお、交付申請時の計画段階では、長管骨骨幹部の皮質骨を構成する2次オステオンにおけるコラーゲン線維配列の局在特性の影響を示す高CT値領域のみを解析対象とする計画であった。しかし、皮質骨の骨質の評価に際しては、骨髄に接する領域におけるオステオンの多孔化、すなわち皮質骨の海綿骨化領域の解析も必要と考えたため、低CT値領域の解析も行うことができるように解析シートを工夫した。さらに、骨格標本のみならず、より生体に近い状態のCT画像を解析する目的で、ご遺体の大腿骨CT画像を取得することができた。
（２）有限要素法解析ソフトMECHANICAL FINDER 9; Standard versionの導入および立ち上げ作業に関しても、上述のように順調に進展している。試行目的で実施した大腿骨骨格標本の有限要素モデル構築も順調に進んでおり、これらの解析データに関しては、そのまま、2021年度の研究計画にある解析に応用することができると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に沿って、今後の研究推進方策を以下のように行う予定である。2020年度はまず、大腿骨骨格標本の骨幹部横断面の全領域を含む非脱灰研磨標本の作製に注力する。2019年にCT画像を取得した大腿骨骨格標本は、すべて性別および死亡時年齢の記録のある全身骨格標本である。これらはきわめて貴重な研究資料であるため、安易に研磨標本を作製することは出来ない。そのため、標本の作製に関しては、その対象を厳選する必要があると考えている。その後、作製した研磨標本の評価に関しては、おおむね研究計画通りの内容で実施する予定である。すなわち、（１）円偏光顕微鏡による全体画像の取得、（２）軟Ⅹ線撮影画像に評価を行う。前者に関しては、予定通りにオステオンのMorphotype解析を中心とした局在解析を行う予定である。また、後者に関しては、骨髄に接する領域に集中する中心管の拡大した多孔化オステオンの分布領域の解析において特に有用であると考えられる。なお、他施設による先行研究の内容を検討した結果、CMR (contact micro-radiography)の採用も目的達成のためには有用な選択枝ではないかと考えるに至った。そのため、解析方法については再検討中である。
最終年度の2021年度には、これらの組織像の解析評価結果とCT画像解析結果とを詳細に照合させてそれらの関連性を精査した上で、さらに大腿骨骨幹部全体の有限要素解析の解析結果を考慮して、生体力学的意義を考察する計画である。最終的に、これらの結果に関して考察し、本研究計画の目標の達成、すなわち長管骨皮質骨の骨質に関する臨床応用可能な評価方法の開発を導きたいと考える。
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| Causes of Carryover |
学会の延期に伴い旅費の執行が無くなったため。次年度に旅費、消耗品購入に使用する予定である。
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