変形性膝関節症に対する膝周囲骨切り術に向けた、膝関節荷重分布の解析システムの確立

2024 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24K12344
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 岩崎 浩司 北海道大学, 医学研究院, 特任助教 (40771895)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Keywords: 骨切り術 / 変形性膝関節症 / 動作解析 / 加速度

Outline of Annual Research Achievements

膝関節の荷重分布の解析には①有限要素解析と筋骨格モデリングシミュレーション、②CT-osteoabsorptiometry法による脛骨関節面の骨密度分布、③ウェアラブルセンサーを用いた膝関節の加速度波形で取り組んでいる。
①ではこれまで症例の関節、半月板の形態を反映させたモデルで、鉛直方向のみの一定の荷重条件で行ってきた。現在は実際の荷重環境に近づけるために、筋骨格モデリングシミュレーションから算出された立位時の膝関節間力を用いて解析を行っており、更に詳細な荷重分布の算出を行っている。②ではこれまで蓄積された膝周囲骨切り術前後のデータを基に、手術前後の膝関節の軟骨下骨の骨密度分布の変化と下肢アライメントの変化、臨床成績を基に、軟骨下骨の骨密度分布の臨床的意義、骨密度分布変化を基にした至適下肢アライメントの指標について検討を行っている。③では200例以上の膝周囲骨切り術前後のデータが集まっているが、患者立脚型評価が伴わない症例も多くあり、実際には100例ほどが解析可能な状態である。これを基に患者立脚型評価でMICD（Minimal Clinically Important Difference）以上の改善を認めた成績良好群に特徴的な加速度波形の特徴量を抽出し、術前の加速度波形から手術後の成績良好な症例を予測するシステムの構築を試みている。
また大規模のデータ解析に併せて、下肢アライメント計測の省力化が必須である。これまで下肢アライメントは下肢全長レントゲンを手動により計測を行ってきた。手動での計測は時間がかかり、測定者によるばらつきがあるため一貫性と再現性が高くないことから、その計測精度と効率の向上が望まれる。そこで荷重分布の解析と併せてAIを用いた下肢アライメント自動計測システムの開発に取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

膝関節の加速度のデータを他施設で集めているが、施設により術後の患者立脚型評価が取られていない事が多く、術前後のデータが揃っており症例の蓄積に時間を要している。

Strategy for Future Research Activity

400例近いCT-osteoabsorptiometry法による脛骨関節面の骨密度分布の解析が今年度中に終わる予定である。骨密度分布のデータと治療成績から、術後成績良好な骨密度分布の解明、更には骨密度分布と半月板の状態も加味したうえでの膝周囲骨切り術の至適な下肢アライメントの解明に近づけたい。

Causes of Carryover

支出を予定していたソフトウェアの年間使用料を、別の研究費から支出したため。