2015 Fiscal Year Annual Research 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 |
関節の動的キネマティクスおよび静的アライメントを生体内で直接的に解析・評価する方法として，２次元のX線画像にCTスキャンもしくはMRIスキャンデータから構築した３次元骨・軟骨形状モデルをイメージマッチングすることで関節の空間位置を再現する手法が提示されてきた．これらの手法は高精度であるが，CT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については，被曝は無いものの骨組織単独の描出が不可能なので，骨形状モデルを再構築するためには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から再構築した場合に比べ低いという問題がある．
そこで，本研究課題では，MRIから得られた関節の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，骨の空間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．まず，レンダリング法として一般的なレイキャスティング法を用いてX線画像とのイメージマッチングを試み，X線画像と比較可能なMRIのレンダリング像を得た．つづいて，並列演算により画像処理する専用ユニット（GPU）を導入することで大幅な高速化を実現した．また，１方向のX線画像のみならず，２方向画像の同時レンダリングも実現した．これにより，２方向単純X線撮影に代わり近年普及しつつあるスロットラジオグラフィを用いた立位下肢アライメント評価法の実用性をさらに向上させる可能性が生まれた．スロットラジオグラフィは単純X線撮影に比べ簡便，高速，低被曝かつ低ひずみで長尺撮像が可能であるという特長がある．軟骨接触メカニクスについては，上述のGPUの並列演算処理機能を有限要素解析における大規模な行列演算にも用いることで効率的な解析を目指し，基礎段階として関節軟骨を線形弾性体とした静的解析を想定した場合について検討を行った．
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Research Products
(13 results)
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[Journal Article] Unicompartmental knee arthroplasty cannot restore the functional flexion axis of a living knee to normal2015
Author(s)
Mochizuki T, Sato T, Tanifuji O, Kobayashi K, Yamagiwa H, Watanabe S, Koga Y, Omori G, Endo N
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Journal Title
Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy
Volume: 23
Pages: 3736-3742
DOI
Peer Reviewed
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