2013 Fiscal Year Annual Research Report
三次元骨・関節モデル再構築システムによるプロアクティブバイオメカニクスの展開
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24246025
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
田邊 裕治 新潟大学, 自然科学系, 教授 (60143020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
プラムディタ ジョナス 新潟大学, 自然科学系, 助教 (50615458)
大森 豪 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 教授 (70283009)
小林 公一 新潟大学, 医歯学系, 助教 (70296317)
坂本 信 新潟大学, 医歯学系, 教授 (80215657)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 生体力学 / 三次元骨・関節モデル / 数値力学解析 / 運動解析 |
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| Research Abstract |
1. オープンソースコード利用の3D画像再構築プログラムの開発
昨年度に引き続いて3次元下肢アライメント評価システム（3D LAAS）の中核部分である3D画像再構築プログラムを独自開発することに取り組んだ。当初使用予定のオープンソースコード”3D Slicer”が高機能に過ぎるため、代替法として市販汎用プリプロセッサMimicsを用いる方法を検討し、骨リモデリングのFEM解析に適用して、その有用性を確認した。
2. 3D LAASを利用するバイオメカニクス研究
(1)人工関節三次元術前計画・術中管理法の開発に関する研究を行った。3D LAASおよびCT画像から構築した3D下肢形状モデルを用いた人工股関節3D術前計画および支援ジグによる術中管理法を開発し、その精度について検証した。また、X線被爆の軽減と汎用性を目的としてキャリブレーションマーカー付き撮影台を用いた2方向X線撮影による同様の人工股関節手術管理法(CR法)を開発し、その管理精度について検証した。(2)イメージレジストレーション法により、膝運動と膝運動に伴う軟骨同士の接触挙動を生体内で解析する手法を開発するため、ヒト切断膝を対象に精度検証実験を行った。K-SCANシステムにより脛骨大腿関節の接触面積と接触圧力を実測するととともに、イメージレジストレーション法により決定した軟骨形状モデル同士の干渉領域と実測値と比較して、両者が良く対応することを示した。また，3D LAASによる股関節アライメント評価精度と人工関節手術術前計画・手術支援操作方法の開発を行った。(3)昨年度開発した3D人体マルチボディモデルを用いて実際の追突事故時の乗員挙動を解析した。衝撃条件として実際の追突事故でドライブレコーダーにより記録されていた加速度波形を用いた。シミュレーションにより頸部障害の発生リスクを推定することができた。
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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
3D画像再構築プログラムの開発においてはオープンソースコード”3D Slicer”を利用することで研究を進めたが、同コードは高機能に過ぎることから、代替法を模索した。本研究の第一の目的は3D LAASを臨床でも有用な力学解析可能なシステムとすることであり、市販汎用プリプロセッサMimicsを用いることで3D CTデータから下肢の3D形状モデル作成および材料特性の割り振りを可能とする方法を確立した。また、その有用性を骨リモデリングのFEM解析により検証した。3D LAASを活用する研究においては高精度な人工関節の術前計画と術中支援法が開発することができた。したがって、達成度はおおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)3D画像再構築プログラムの開発においてはオープンソースコード”3D Slicer”を利用することに固執せず、100%自作も含めた他の方法も検討して、独自プログラムの開発を目指す。
(2)市販汎用プリプロセッサMimicsを利用することで3D LAASによる力学解析が可能となったことから、骨リモデリングFEM解析の人工関節置換術への適用など、広範囲の臨床課題の解決に向けた3D LAASのさらなる展開を図る。
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[Journal Article] Tree-dimensional in vivo motion analysis of normal knees employing transepicondylar axis as an evaluation parameter2013
Author(s)
Osamu Tanifuji, Takashi Sato, Koichi Kobayashi, Tomoharu Mochizuki, Yoshio Koga,Hiroshi Yamagiwa, Go Omori, Naoto Endo
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Journal Title
Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy
Volume: Vol.21,No.10
Pages: pp.2301-2308
DOI
Peer Reviewed
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