中耳再建素材の最適化プラットフォームの構築と耳小骨再建への臨床応用
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19K21949
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 20:Mechanical dynamics, robotics, and related fields
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
朝倉 巧 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 講師 (60778207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
倉科 佑太 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40801535)
栗原 渉 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (90826926)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 耳小骨 / 鼓室形成術 / 再建モデル / 有限要素法 / 振動音響伝搬 / 伝音特性 / 聴力回復 / 中耳伝音系 / 耳小骨再建 / 中耳炎 / 波動数値解析 |
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| Outline of Research at the Start |
音は，外耳道から鼓膜に伝わり，耳小骨を経由して，内耳へ伝わる．伝音難聴はその伝達経路の障害に起因し，患者のQOLを低下させる．伝音難聴を引き起こす疾患は，慢性中耳炎など多岐にわたり，これらの根治的手術治療として鼓室形成術と耳小骨再建が行われる．耳小骨再で問題となるのが，内耳に直接接続するアブミ骨が破壊されている場合であり，執刀医の技術に負う側面が大きく，系統的な再建方法が確立されているとは言えない状況である．本研究は，効率的な新規再建資材の構築方法を確立し，その効果をin vivo実験によって確認することによって，耳小骨再建後の聴力回復に貢献する知見を得ることを目的とした検討を実施する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
中耳真珠腫，中耳奇形，耳小骨離断など気骨導差を生じる疾患に対し、伝音系を再建し聴力を改善することで患者のQOL向上を目指すのが耳小骨再建手術である．既往の研究では，健常なヒト中耳の伝音メカニズムに関する研究は数多く行われているが、耳小骨再建手術によって再建された中耳の伝音特性についての研究は少ない．したがって，鼓室形成術の成功率向上のため，再建された中耳の伝音特性に関する力学的知見を得ることは重要である．本研究では、有限要素法解析を持ちいて複雑な形状の構造を容易にモデル化し、解析によって出力された振動特性を基にして、様々な再建形状が聴力の回復へ与える影響について議論する.本年度は，耳小骨破壊や固着を伴う手術に対して選択されることが多い耳小骨形成術Ⅲ型とⅣ型について，その伝音特性を有限要素法解析モデルおよび縮尺模型を用いて検討した。
外耳道、鼓膜、および耳小骨を模した有限要素法解析モデルを作製し，腱や靭帯を含めたヒトの中耳を再現した．本研究で作成した有限要素法解析モデルは，外耳道部分は音響解析モデル，鼓膜以降の中耳部分は振動解析モデルで構成されている．本モデルを用いて，外耳道入口部からアブミ骨頭に至る振動音響伝搬に関する周波数応答解析を行った．その結果，アブミ骨頭の変位がナノメートルオーダーとなり，小池らが過去に行った有限要素法解析の結果と概ね一致する結果を得た．次に，鼓室形成術により再建されたⅢ型およびⅣ型をベースとした中耳の有限要素法解析モデルを作製し，上記と同様の周波数応答解析を行うことで，再建された中耳の伝音特性を評価し，手術型による伝音特性の変化を検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2019年度において，振動音響解析によるパラメータスタディ，振動実験・解析による最適形状の探索，また再建形状の動物への移植と、聴力回復を確認するための予備検討までを行うことを想定していたが，耳小骨の振動音響解析を行うための有限要素モデルの構築、および妥当な解析パラメータの設定、および実験結果との比較による妥当性の検証に予想を上回る期間を要したため、進捗は（３）やや遅れているとした．しかしながら，次年度において，既に確立された解析手法を用いた最適形状の探査，および動物実験による聴力回復の確認をスピーディに行うことが可能であることが推察されるため，引き続き検討を進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度において，既に確立された有限要素法モデルおよび振動実験を用いた最適な再建形状の探査，および当再建形状が聴力回復へ与える影響について，動物実験を用いて検証する．
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
