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2021 年度 実績報告書

骨折手術における次世代ナビゲーションシステムの開発と臨床応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K09582
研究機関東京医科大学

研究代表者

吉井 雄一  東京医科大学, 医学部, 准教授 (80617530)

研究分担者 村瀬 剛  大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (50335361)
岡 久仁洋  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (50724085)
大竹 義人  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (80349563)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード骨接合術 / ナビゲーション / 3Dリコンストラクション / イメージフュージョン
研究実績の概要

1. ボリューム推定深層ネットワークを用いた2D-3Dレジストレーション法の開発
マーカーレスなアプローチでX線透視画像で観測される被写体の位置姿勢を推定する手法を実現することを目的に研究を実施した。X線透視画像から深層学習を用いて被写体の3次元ボリュームを復元し、その復元結果を事前撮影CTモデルと位置合わせすることにより、位置姿勢を推定した。骨盤を用いた検証実験を行った。深層ネットワークの出力ボリュームを用いてCTモデルのレジストレーションが行えることを確認した。6000枚のX線透視画像と対応するCTボリュームデータを用意し、4800枚を訓練データ、1200枚をテストデータとして深層学習を行った。その際,CTボリュームと復元ボリュームの密度の二乗誤差を損失関数とした。その結果、深層学習に要した時間は並列演算ユニットを搭載した計算機を用いて48時間であった。CTモデルとX線透視の3D復元モデルは良好な位置合わせが実現されることがわかった。
2. 橈骨遠位端骨折骨接合術における2D-3Dナビゲーションの臨床評価
これまで開発してきた骨接合術の3D術前計画とX線透視画像を対比して表示するimage fusion systemを用いて、臨床評価を行った。Image fusion 法と従来法で骨接合術を行った橈骨遠位端骨折患者の臨床成績を比較した。臨床評価として両群の手術時間、出血量、術中X線透視時間、術後3・6カ月のMayo wrist scoreを記録した。画像評価として、術後3、6カ月と術後1週間のX線計測値の差を求めて矯正損失を評価した。その結果、image fusion systemは術後の矯正損失量を低減することがわかった。これは術中の内固定設置位置の精度が改善したことによるものと考えられた。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Preoperative predictions of distal screw length for the osteosynthesis of distal radius fractures.2022

    • 著者名/発表者名
      Totoki Y, Yoshii Y, Ogawa T, Hara Y, Ishii T, Yamazaki M.
    • 雑誌名

      J Hand Surg Asian Pac Vol.

      巻: 27 ページ: 156-162

    • DOI

      10.1142/S2424835522500011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computer-aided assessment of displacement and reduction of distal radius fractures.2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshii Y, Totoki Y, Shigi A, Oka K, Ogawa T, Murase T, Ishii T.
    • 雑誌名

      Diagnostics

      巻: 20 ページ: 66

    • DOI

      10.3390/diagnostics11040719

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An image fusion system for corrective osteotomy of distal radius malunion.2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshii Y, Ogawa T, Hara Y, Totoki Y, Ishii T.
    • 雑誌名

      Biomed Eng Online.

      巻: 20 ページ: 66

    • DOI

      10.1186/s12938-021-00901-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 骨接合術におけるコンピュータ支援のための要素技術開発.2022

    • 著者名/発表者名
      吉井雄一
    • 学会等名
      第16回日本CAOS研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Improved Accuracy of Three-dimensional Tracking of Distal Radius with QR Code Markers.2022

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Yoshii
    • 学会等名
      Orthopaedic Research Society 2022 Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 橈骨遠位端骨折骨接合術におけるコンピュータ支援の可能性2021

    • 著者名/発表者名
      吉井雄一
    • 学会等名
      第47回日本骨折治療学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 橈骨遠位部の3次元的標準骨形態2021

    • 著者名/発表者名
      吉井雄一
    • 学会等名
      第47回日本骨折治療学会
  • [学会発表] Evaluations of three-dimensional standard bone morphology of the distal radius2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Yoshii
    • 学会等名
      76th annual meeting American Society for Surgery of the Hand
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent Topics on Osteosynthesis of Distal Radius Fractures in Japan.2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Yoshii
    • 学会等名
      APAC Trauma E-Series Part 3 2021: Updates and logistics.
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 3D Surgical Vision

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=MFeQzg0Hmb4&t=2s

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公開日: 2022-12-28  

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