Ultrasound image classification of knee osteoarthritis according to meniscal dynamics during walking and establishment of rehabilitation method

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K11191
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 中島 祐子 広島大学, 医系科学研究科(医), 共同研究講座准教授 (70457258)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 正和 広島大学, 医系科学研究科(医), 寄附講座准教授 (60372158)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超音波 / 変形性膝関節症 / 半月板逸脱 / 歩行動作解析 / リハビリテーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、歩行中の半月板逸脱評価と三次元動作解析の関係から、変形性膝関節症患者それぞれの病態における半月板逸脱を減少させる理想的なオーダーメイドリハビリテーションを確立することを目指している。
昨年度は、研究遂行の根幹となる、エコーと動作解析の最適撮影環境の検討を行った。その上で、変形性膝関節症例と健常症例の歩行解析データと比較し、逸脱に関与する運動力学的因子の検討を行った。
エコーと動作解析の最適撮影環境の検討に関しては、試作型の特殊プローブおよび専用の固定装具を開発したことで、動的な歩行条件でも鮮明な超音波撮影が可能となった。現手法を用いて、変形性膝関節症患者25症例、健常高齢者6症例において、歩行中の半月板逸脱動態と運動力学情報を収集し、データ解析が終了している。
変形性膝関節症患者と健常高齢者を比較した結果、変形性膝関節症例における半月板逸脱の挙動量は、健常高齢者と比べ顕著に高値であった。三次元動作解析から得られた歩行中の外部膝関節内反モーメント、外側床反力成分、鉛直床反力成分は、半月板逸脱の挙動動態と類似した波形を示した。加えて、これらの運動力学因子のピーク値は、外部膝関節内反モーメントのみ逸脱挙動量と関係していたことから、膝内側コンパートメント負荷が半月板逸脱動態に関与している一定の見解を得た。今後は、階段昇降動作など高負荷条件の動態撮影を検討することや、半月板動態を分類化し、それぞれの半月板動態の関連因子および適切な介入の選定に繋げていく。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は、変形性膝関節症者における半月板パターンを探究することで、「エコーによる変形性膝関節症の分類」と「それぞれの病態に応じた、半月板逸脱を改善させる理想的なリハビリテーション法の確立」を目標としている。昨年度は、これらの研究目標の根幹となる、歩行時の半月板逸脱動態をエコーで鮮明に描出できるか検討した。加えて三次元動作解析と組み合わせ、実動作中の逸脱動態に関与する、運動力学因子について検討した。
エコーを用いた実動作中の逸脱動態の描出に関しては、試作型の特殊エコープローブおよび固定装置を新たに開発し、動的条件であっても鮮明な超音波撮影が可能なことを確認した。この手法を用いて、現在25名の変形性膝関節症症例に対して、歩行動作中の半月板逸脱および運動力学データの解析が問題なく終了している。これらの情報から、歩行中の半月板逸脱の動態と関連する運動力学因子を検討し、外部膝関節内反モーメントで、特に第二ピーク値が半月板逸脱の増悪に関与する可能性を示すことができた。
さらに派生研究として、変形性膝関節症患者における逸脱動態と臨床所見の関連性および、装具療法の反応性も検討し、歩行時の疼痛強度と逸脱挙動量の関連を確認できた。加えて装具療法によって逸脱挙動が一定以上軽減した症例は、疼痛軽減の反応性を示していた。これらの結果は、本研究における臨床的な妥当性や、今後の適切な介入手法選定の検討にとって重要な情報である。これらの知見の一部は、第94回日本整形外科学会学術総会、第36回日本整形外科基礎学会および第13回日本関節鏡・膝・スポーツ整形外科学会で発表を行い、国際誌へも投稿中である。

Strategy for Future Research Activity

今後は「エコーによる変形性膝関節症の分類」と「それぞれの病態に応じた、半月板逸脱を改善させる理想的なリハビリテーション法の確立」の目標に向け研究を進めていく。
「エコーによる変形性膝関節症の分類」においては、現在の逸脱動態に着目し、動態のタイプ分類を試みる予定である。しかし、適切な統計手法を用いた分類化のためには、サンプリング数が不十分であるため、変形性膝関節症者のリクルートを継続し進めていく。加えて、分類されたグループの臨床的特徴性を検出し、運動力学因子の関係を検討することで、半月板を中心とした変形性膝関節症の病態理解や、逸脱動態に関与する個別的な力学的因子の把握に繋がると考える。
「それぞれの病態に応じた、半月板逸脱を改善させる理想的なリハビリテーション法の確立」に関しては、上述したタイプ分類と並行して進めていく。特に半月板逸脱を改善させる介入の選定は、逸脱動態と関与が確認された、外部膝関節内反モーメントの減少が報告されている装具療法および歩容修正から適切な手法を検討していく。また派生研究において、外側楔状足底板、およびtoe outの歩容修正によって、即時的な外部膝関節内反モーメントおよび半月板逸脱挙動の改善を既に確認している。したがって、これらの介入解析結果も含めた短期・長期的効果の検証、そして動態タイプ分類での反応性を比較することで、半月板逸脱を改善できる個別的なリハビリテーション法の確立につなげていく。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響で学会出張の機会が減ったことで繰越金額は増えている。
本年度は出張の機会が増えることと、予定通りの計測に必要な消耗品、記録媒体などに使用する予定である。