2014 Fiscal Year Research-status Report
膝関節のキネマティクスと接触メカニクスの統合評価システム
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25420009
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
小林 公一 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (70296317)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邊 裕治 新潟大学, 自然科学系, 教授 (60143020)
大森 豪 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 教授 (70283009)
坂本 信 新潟大学, 医歯学系, 教授 (80215657)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 生体力学 / 関節運動 / 膝関節 / MRI / 3次元評価 / ボリュームレンダリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
運動器バイオメカニクス分野では２次元のX線画像に３次元骨形状モデルを重ね合わせることで生体内における骨の空間位置を再現し，関節アライメント，膝関節の動作解析および関節軟骨の接触動態評価を行う研究が数多く報告されている．これらの研究ではCTスキャンもしくはMRIスキャンデータから構築した骨・軟骨形状モデルを必要とするが，CTスキャンに関しては骨組織の描出能に優れるものの放射線による被曝の問題がある．MRIスキャンについては，被爆がないものの骨組織単独の描出が出来ないので，骨形状モデルを作成するためにはスライス像ごとに周囲の軟部組織との境界を手動でセグメンテーションする必要があり，これに多大な労力を要している．また，モデルの形状精度もCTデータから構築した場合より劣るという問題がある．そこで本研究課題では，MRIスキャンから得られるボリュームデータをそのままレンダリングしてX線画像とイメージマッチングし，骨の３次元位置を測定する方法について検討することを目的とした．当該年度では計算コストの高いボリュームデータのレンダリング（以下，ボリュームレンダリング）の高速化について検討した．従来，コンピュータの中央情報処理装置いわゆるCPUでボリュームレンダリングを行っていたが，１画像得るのに数十秒要していた．そこで画像処理ユニット（Graphic Processing Unit：GPU）を導入することで高速化を図った．
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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
GPUおよびGPU用開発コードCUDAを用いてボリュームレンダリングソフトウエアの開発を行った．その結果，１画像に要する時間は１秒以下になり，大幅な高速化を実現した．
また，１方向のボリュームレンダリングのみならず，２方向の同時レンダリングも可能となった．これにより，ボリュームレンダリングとＸ線画像とのイメージマッチングが効率的に行えるようになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
ボリュームレンダリングの高速化を達成したので，最終年度は軟骨接触状態を評価するためのアルゴリズムを開発する．基本的アイデアは軟骨同士の干渉量を接触深さとし，これを境界条件として有限要素解析により弾性接触応力を求める．その際GPUを用いた並列計算により計算の高速化を図る．また，イメージマッチングの自動化についても並行して進める．
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| Causes of Carryover |
平成26年度から平成27年度にかけての国際会議（成果発表）の旅費の支出が平成27年度分に計上されることになった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H27年度の旅費として支出予定である．
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[Journal Article] Kinematics of the knee after unicompartmental arthroplasty is not the same as normal and is similar to the kinematics of the knee with osteoarthritis2014
Author(s)
２．Mochizuki T, Sato T, Blaha JD, Tanifuji O, Kobayashi K, Yamagiwa H, Watanabe S, Matsueda M, Koga K, Omori G, Endo N
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Journal Title
Knee Surg. Sports Traumatol. Arthrosc.
Volume: 22
Pages: 1911-1917
DOI
Peer Reviewed
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