| 研究課題/領域番号 |
16K05975
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
稲葉 忠司 三重大学, 工学研究科, 教授 (70273349)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | バイオメカニクス / 脊椎固定術 / 骨粗しょう症 / 力学的評価 / 6軸材料試験機 / 脊椎不安定性 / 体内固定具 / 引抜強度 |
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| 研究実績の概要 |
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，脊椎の剛性を定量的に把握することは，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明らかに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，本科学研究費申請年度においては，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，現在の手法では十分な固定が困難とされている骨粗しょう症の脊椎を固定する上で，いかなる固定術が有効であるのかについて焦点を絞って検討する．
骨は外側を取り囲む皮質骨とその内部の海綿骨で構成されており，海綿骨は骨梁が縦横に組み合わさった綱目構造となっている．骨粗しょう症とは，この海綿骨の骨梁組織の密度が低下して骨に鬆が入ったような状態になり，骨強度が低下する疾患である．一方，脊椎不安定状態を解消するための脊椎固定術において現在最も一般的に使用されているpedicle screw system（以下PS）法は，椎体の海綿骨部をアンカーとする固定術であるため，骨粗しょう症患者に適用するとスクリューの脱転を引き起こす．これに対し，手術中に脊髄を傷つけるリスクを軽減する目的で近年新たに開発されたcortical bone trajectory（以下CBT）法は，椎体の皮質骨部をアンカーとする固定術であるため，スクリュー引抜強度の観点から骨粗しょう症患者に適した固定術と考えられる．そこで本研究では，スクリューの引抜強度評価試験および固定術を施した脊椎の剛性評価試験を実施することにより，骨粗しょう症患者に適用可能な脊椎固定術の確立を目指す．今年度は，これら力学試験の内，スクリューの引抜強度試験を行い，CBTスクリューは骨粗しょう症モデルに対しても十分な最大引抜強度を示すことを実証した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究実績の概要にて述べた通り，本研究では，本科学研究費申請年度において，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，現在の手法では十分な固定が困難とされている骨粗しょう症の脊椎を固定する上で，椎体皮質骨部をアンカーとするCBT法が有効であるのかについて焦点を絞って検討する．そのためには，「CBT法を装着した脊椎の剛性評価試験」および「CBTスクリューの引抜強度評価試験」の2種類の力学試験の実施が必要となる．
今年度は上述の2種類の力学試験の内，スクリューの引抜強度試験を試みた．試験を行うためのチャッキング冶具を製作し，CBT法および従来法であるPS法のそれぞれのスクリュー引抜強度試験を実施した．その結果，PSスクリューは，骨粗しょう症をモデル化した脊椎に装着した場合，正常モデルの場合に比べて引抜強度が大きく低下するのに対し，CBTスクリューは，引抜強度の低下が少なく，骨粗しょう症モデルでも十分な最大引抜強度を示すことが分かった．以上の結果は，骨粗しょう症疾患に適用可能な脊椎固定術を確立する上で極めて有用な知見と考えられる．さらに今年度は，脊椎固定術用スクリューに関連して，マイクロムーブメントの評価や先端拡張型スクリューの効果に関する研究発表も行った．よっておおむね順調に進展していると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度以降は，今年度実施した「CBTスクリューの引抜強度評価試験」をさらに進めて実験データを蓄積するとともに，「CBT法を装着した脊椎の剛性評価試験」にも着手する．ここでの力学試験は，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して，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（手先部）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的負荷試験が可能である．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CBT法あるいは従来のPS法等の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，連携研究者の一人であり，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．この各々の運動を想定したモーメント負荷試験により，各種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．
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