非侵襲的頭蓋骨欠損治療法の開発-衝撃波を用いた頭蓋骨形成誘導の検討-

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13490005
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 日下 康子 東北大学, 医学部附属病院, 助手 (00292219)
• 研究分担者: 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193) ; 白根 礼造 東北大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (30206297)
• キーワード: 衝撃波医療 / レーザー医学 / 脳神経外科 / 頭蓋骨欠損 / 骨形成誘導 / 衝撃波工学 / レーザー誘発衝撃波 / 神経内視鏡

研究概要

平成14年度は前年度に試作した脳・頭蓋骨近傍における衝撃波照射に適した簡易型衝撃波照射装置を改良し、頭蓋骨部分欠損動物モデル(成長期ラット)に対して衝撃波照射実験を行った。また、衝撃波照射部位の直下に存在する脳組織の保護法としては、脳表硬膜面を衝撃波緩衝材にて被覆することとし、緩衝材の特性を同定し、動物実験にてその有効性を検討した。本衝撃波発生装置の衝撃波発生機序はHo : YAGレーザー誘発キャビテーション現象として報告し、神経内視鏡への導入も可能な衝撃波発生装置の小型化および焦点の局在化に関する技術として特許申請した。
1.衝撃波モデル照射実験:成長期ラット頭蓋骨を用いて動物モデル実験を行った結果、衝撃波照射により頭蓋骨形成誘導は生じることが示された。衝撃波照射の至適条件としては、照射方向(骨欠損部周囲骨に対して鉛直方向からの照射が適している)、照射回数(回数依存性に骨形成度が増加する)ことが明らかになった。衝撃波照射4週間後の頭蓋骨組織標本では頭蓋骨内板を中心に骨形成が認められた。今後の臨床応用に向けて骨形成能力の劣る成人ラットでの検討、衝撃波の伝播特性が異なる大動物での検討とともに衝撃波による骨形成誘導効果の機序の解明が必要である。
2.安全性の検証:頭蓋骨欠損モデルの骨欠損部直上から衝撃波を0.5〜10MPaまで変化させて圧依存性の組織学的損傷を評価した結果、1MPa以下では組織学的損傷は認められなかったものの、1〜5MPaでは脳表血管の破綻による硬膜下出血が認められ、5MPa以上では脳内血管の破綻による血腫形成が認められた。一方、脳表を被覆する衝撃波緩衝材の検討の結果、脳外科手術で頻用するGORE-TEX人工硬膜に著明な衝撃波減衰効果があることが物理実験・数値解析により明らかとなり、動物実験においてもその安全性が組織学的に確認された。

研究成果

• [文献書誌] Nakagawa A, Kusaka Y, Komatsu M, Hirano T, Sato M, Shirane R, Takayama K, Yoshimoto T: "Application of shock wave for cranioplasty. In vivo study on rat calvarium and basic study for irradiating shock wave on the brain"Acta Bioengineering Biomechanics. 4(suppl 1). 178-179 (2002)
• [文献書誌] Nakagawa A, Hirano T, Komatsu M, Sato M, Uenohara H, Ohyama H, Kusaka Y, Shirane R, Takayama K, Yoshimoto T: "Ho : YAG laser-induced liquid jet knife : Possible novel method for dissection"Laser Surg Med. 31. 129-135 (2002)
• [文献書誌] Nakagawa A, Hirano T, Kusaka Y, Sato M, Shirane R, Takayama K, Yoshimoto T: "Biological effect of shock waves on rat brain : Pathological evaluation by compact Ho : YAG laser-induced cavitational shock wave generator"Proceedings of SPIE. 4948(in press). (2003)
• [文献書誌] Nakagawa A, Hirano T, Kusaka Y, Sato M, Uenohara H, Shirane R, Takayama K, Yoshimoto T: "Biological effect of shock waves : Pressure dependent pathological changes in the rat brain"Proceedings of IFMBE. 3(2). 984-985 (2002)
• [文献書誌] Nakagawa A, Kusaka Y, Hirano T, Sato M, Shirane R, Takayama K, Yoshimoto T: "Application of low amplitude shock wave for cranioplasy : Experiment in the rat calvarium"Proceedings of IFMBE. 3(2). 1004-1005 (2002)
• [文献書誌] Nakagawa A, Hirano T, Kusaka Y, Sato M, Uenohara H, Shirane R, Takayama K, Yoshimoto T: "Characteristics of Ho : YAG laser-induced cavitational shock wave generator"Proceedings of The 24th International Symposium on Shock Waves. (in press). (2003)
• [文献書誌] Nakagwa A, Kusaka Y, Shirane R, Yoshimoto T: "Osteopromotion for cranioplasty -exposure of shock wave at skull defect : preliminary experiment using rat calvarium"Child Nerv Syst. 18. 560 (2002)
• [文献書誌] 中川敦寛, 日下康子, 平野孝幸, 佐藤真理子, 斎藤務, 白根礼造, 高山和喜: "衝撃波を用いた頭蓋骨形成:衝撃波照射方法と安全性に関する検討"平成14年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 413-416 (2003)
• [文献書誌] 中川敦寛, 日下康子, 平野孝幸, 佐藤真理子, 斎藤務, 白根礼造, 高山和喜: "衝撃波による圧依存性脳損傷に関する組織学的検討"平成14年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 417-420 (2003)
• [文献書誌] 中川敦寛, 日下康子, 平野孝幸, 小松真, 佐藤真理子, 吉田貴之, 白根礼造, 高山和喜, 吉本高志: "衝撃波による骨形成誘導に関する基礎的研究"平成13年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 705-708 (2002)
• [文献書誌] 中川敦寛, 平野孝幸, 日下康子, 佐藤真理子, 上之原広司, 白根礼造, 高山和喜, 吉本高志: "頭蓋近傍における衝撃波の医療応用に関する基礎実験"東北大学流体科学研究所第14回研発表会講演論文集. 90-93 (2002)
• [文献書誌] 中川敦寛, 平野孝幸, 日下康子, 佐藤真理子, 上之原広司, 白根礼造, 高山和喜, 吉本高志: "簡易型ホロミウムYAGレーザー誘発キャビテーション衝撃波発生装置の医療応用に関する基礎実験"生体医工学JJME. 40(suppl.2). 126-127 (2002)
• [文献書誌] 佐藤真理子, 平野孝幸, 中川敦寛, 上之原広司, 小松真, 高橋明, 吉本高志, 高山和喜: "Ho : YAGレーザー誘起液体ジェットに随伴する衝撃波"日本流体力学会年会2002講演論文集. 438-439 (2003)
• [文献書誌] 中川敦寛, 平野孝幸, 小松真, 上之原広司, 吉田康子, 白根礼造, 高山和喜, 吉本高志: "Ho : YAGレーザーの水中発振による脳組織への影響"日レ医誌(JJSLSM). 22. 219 (2002)
• [文献書誌] 佐藤真理子, 中川敦寛, 平野孝幸, 上之原広つかさ, 白根礼造, 吉本高志, 高山和喜: "レーザー誘起水ジェットとその応用に関する研究"平成14年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 341-342 (2003)