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2018 年度 実績報告書

インビボキネマティクスと接触解析に基づく関節軟骨の力学特性変化予測モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 16K05970
研究機関新潟大学

研究代表者

小林 公一  新潟大学, 医歯学系, 准教授 (70296317)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード生体力学 / キネマティクス / 膝関節 / 関節軟骨 / 前十字靭帯 / イメージマッチング / MRI / 力学的特性
研究実績の概要

運動器における機能障害の発生要因を解明し、より効果的な予防法および治療法を開発するためには、関節における荷重伝達機構についての詳細な理解が必要不可欠である。本研究の目的は膝関節の生体内キネマティクスおよび接触圧力データに基づく関節軟骨の力学特性変化予測モデルを構築することである。平成30年度は同一被験者の前十字靭帯損傷前後の膝を対象として、立位スクワット屈曲初期を2D-3Dイメージマッチング法により解析し、軟骨モデル同士の滑り量の指標として接触移動距離を求めた。膝関節は構造的に内側と外側で構成されるので、それぞれで結果を算出した。また、脛骨に対する大腿骨の相対運動を評価するため、大腿骨上顆突起を結んだ軸(以下,TEA)の内外側の端点前後移動量を算出した。
接触移動距離を膝関節の内側と外側で比較すると、ACL損傷前後ともに内側で接触移動距離が大きかった。損傷前後で比較すると損傷後の方が内外側ともに接触点移動量が大きく、特に外側で顕著であった。TEAの内外側端点前後移動量を内側と外側で比べると,損傷前後ともに外側でTEAの端点移動量が大きかった.損傷前後での比較では損傷後の方が内外側ともに小さくなる傾向が見られた。
TEAの端点前後移動量は内外側ともにACL損傷後に減少し、ACL損傷後に接触点の累積移動量が増加したことから,屈曲初期において脛骨に対する大腿骨の転がりの減少が関係し、滑りが増加したと考えられる。
また、軟骨の力学特性を推定する指標を探索するため、ブタ健常膝関節軟骨を対象として、軟骨の力学物性とMRIによる画像情報から得た軟骨構成成分との相関関係を調査した。ブタ膝関節をMR撮像し、水分含有量の指標としてT2値を計測した。その後、対象部位を抜き取って軟骨試験片を作成し、静的力学負荷試験に供した。その結果、T2値と圧縮特性に明確な相関は見られなかった。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] 大腿脛骨軟骨間の接触動態と相対滑り量の検討2018

    • 著者名/発表者名
      中原大輔、小林公一、坂本信、佐藤卓、渡邉聡、大森豪、古賀良生、プラムディタ ジョナス アディティア、田邊裕治
    • 雑誌名

      臨床バイオメカニクス

      巻: 39 ページ: 299-303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 二方向スロットラジオグラフィを用いた自動イメージマッチング法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      岡庭大祐、中原大輔、小林公一、坂本信、田邊裕治、プラムディタ ジョナス アディティア、佐藤卓、大森豪、湊泉、古賀良生
    • 雑誌名

      臨床バイオメカニクス

      巻: 39 ページ: 143-148

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation between posterior tibial slope and sagittal alignment under weight-bearing conditions in osteoarthritic knees2018

    • 著者名/発表者名
      Mochizuki Tomoharu, Tanifuji Osamu, Koga Yoshio, Sato Takashi, Kobayashi Koichi, Watanabe Satoshi, Fujii Toshihide, Yamagiwa Hiroshi, Katsumi Ryota, Koga Hiroshi, Omori Go, Endo Naoto
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 13(9) ページ: e0202488

    • DOI

      https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202488

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Articular Sliding Contact Behavior at Tibiofemoral Joint During In Vivo Dynamic Activity2018

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kobayashi, Daisuke Nakahara, Makoto Sakamoto, Yuji Tanabe, Takashi Sato, Satoshi Watanabe, Go Omori, Yoshio Koga
    • 学会等名
      8th World Congress of Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] 大腿脛骨関節における立位屈曲初期での骨相対運動と軟骨接触挙動2018

    • 著者名/発表者名
      中原大輔、小林公一、坂本信、佐藤卓、渡邉聡、大森豪、古賀良生、プラムディタ ジョナス アディティア、田邊裕治
    • 学会等名
      第45会日本臨床バイオメカニクス学会
  • [学会発表] 大腿脛骨関節における相対滑り挙動の生体内評価2018

    • 著者名/発表者名
      中原大輔、小林公一、プラムディタ ジョナス アディティア、坂本信、田邊裕治
    • 学会等名
      2018年度日本機械学会年次大会

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公開日: 2019-12-27  

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