2013 Fiscal Year Research-status Report
脊椎固定術における隣接椎間障害発生メカニズムの力学的解明
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25420014
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
稲葉 忠司 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70273349)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / 脊椎固定術 / 隣接椎間障害 / 力学的評価 / 6軸材料試験機 / 脊椎不安定性 / 体内固定具 / 脊椎疾患治療 |
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| Research Abstract |
身体運動の軸機関および支持機関である脊椎の疾患に対する診断・治療において，脊椎の剛性を把握することは，適切な治療方針・手術手技を決定する上で極めて重要である．そこで本研究では，脊椎の剛性を力学的観点より客観的・定量的に評価することを目的とし，複雑な脊椎変形挙動を6軸材料試験機を用いて実験的に調査する．特に，本科研費申請期間においては，損傷や疾患により生じた脊椎不安定状態を解消するための脊椎固定術において，損傷椎間への体内固定具の装着が隣接椎間にどのような影響を及ぼしているのかについて焦点を絞って研究を実施する．
ここでの力学試験には，平成16・17年度科学研究費若手研究(B)の補助を受け開発した脊椎強度測定用6軸材料試験機を使用する．この試験機は，6組の垂直直動型アクチュエータによるパラレルメカニズムとエンドエフェクタに内蔵した荷重－モーメントセンサにより，任意の自由度において変位および荷重制御下での精密な力学試験が可能であるが，本科研費申請期間における目的を達成するため，平成25年度は，まず以下に示す試験機の改良を行った．
損傷椎間への固定具装着が隣接椎間に及ぼす影響を調査するためには，多椎間脊椎を対象とした力学試験において，個々の椎体の変形情報を取得しなければならない．すなわち，これまでの単椎間の力学試験は，下位椎体を固定し，上位椎体に力学的負荷を加える試験であったため，脊椎変形挙動の計測はエンドエフェクタの位置情報より行えた．しかし，試験体が多椎間になると，上端と下端以外の椎体の位置情報を計測し得るシステムを導入する必要がある．そこで本研究では，当該年度において，多椎間脊椎試験において各椎体の3次元変形挙動を十分な精度で計測し得る位置情報計測システムを構築した．また，今後の力学試験を行う上で，ヒトの代用として動物体脊椎を試験体に用いることの妥当性について検討した．
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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
研究実績の概要にて述べたように，本研究課題の目的である「脊椎固定術における隣接椎間障害発生メカニズムの力学的解明」には，多椎間脊椎試験において各椎体の3次元変形挙動を十分な精度で計測し得る位置情報計測システムの導入が不可欠である．このシステムは，反射マーカにてマーキングを施した試験体の変形挙動をデジタルビデオカメラで撮影し，得られた動画上の各マーカを動画解析ソフトで自動追跡することで，各椎間の変形挙動を連続的に計測するものである．ここで，ビデオカメラと動画解析ソフトウェアについては平成22-24年度科学研究費基盤研究(C)の補助により購入済みであったが，本予算で試験機ジョイント部の改良を行うことにより，多椎間脊椎の曲げ試験を実施するのに十分な計測角度域を獲得することが可能となった．また，ヒトの代用として動物屍体脊椎を用いることの妥当性について検討した結果，椎間可動域の値はヒト，イノシシ，シカ間で異なり，イノシシおよびシカの可動域はヒトに比べ大きい値を示すものの，変化率はいずれの脊椎もほぼ同程度であることがわかった．このことから，イノシシおよびシカ脊椎を用いて脊椎インプラントの固定性評価を行う場合，可動域の変化率，すなわち固定モデルの可動域を正常あるいは損傷モデルと比較して評価することが重要であると考えられた．以上の成果は，いずれも次年度以降の力学試験を実施する準備が整ったことを意味するものであり，よって，おおむね順調に進展していると判定した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度以降は，以下の計画・方法に基づき，脊椎変形挙動の力学的評価に関する研究を実施する．
力学試験を行うための試験体として，イノシシおよびシカ屍体脊椎を用いて，正常モデル，種々の疾患を想定した損傷モデル，および損傷モデルに体内固定具を装着した固定具装着モデルを製作する．この試験体の製作は，連携研究者であり，脊椎疾患およびその治療に関して豊富な知識を有する整形外科専門医が担当する．製作した試験体に，前屈，後屈，側屈，および回旋のそれぞれの運動に対応したモーメントを負荷し，これらの負荷に対する試験体の変形挙動を計測する．この力学試験は，研究代表者および研究協力者（研究代表者の研究室に所属の大学院生）が行う．この各々の運動を想定したモーメント負荷試験により，椎間板損傷や椎間関節損傷等の損傷の種類やその程度が脊椎の変形挙動にどのような影響を及ぼすのかについて明らかにするとともに，体内固定具の装着が，損傷により生じた不安定性の解消にどの程度寄与しているのかについて検討する．特に，本科研費申請期間は，ここでの力学試験において，多椎間脊椎を用いた試験体の変形挙動に注目し，現在臨床現場において定性的・経験的に知られている体内固定具を装着した際の隣接椎間への影響について，本年度に導入した位置情報計測システムを活用して定量的・客観的に調査する．
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Research Products
(3 results)
