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2023 年度 実施状況報告書

脊椎脊髄疾患の診断治療を支援する実人体に近いシミュレーションモデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 22K09380
研究機関山口大学

研究代表者

西田 周泰  山口大学, 医学部附属病院, 助教 (90535262)

研究分担者 陳 献  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70313012)
大木 順司  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (80223965)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード医工獣連携 / 有限要素法 / 脊椎脊髄疾患 / 応力試験器
研究実績の概要

研究分担者 大木順司とともに、食肉業者や獣医学部(研究協力者:日下部健)との連携により確保した年間5体(2023年6月)のブタの脊椎脊髄や血管組織、筋肉筋膜、黄色靱帯、硬膜、椎弓などヒト組織年間20例、山口大学法医学(協力者:髙瀬泉)と剖検時に血管や脊髄を年間1例採取し、速度依存性と異方性も考慮にいれて引張、剪断、圧迫試験など外力による損傷試験を行い、組織の応力曲線を解析している。この結果、ヒトと動物の物理学的データの相関性なども明らかにする。軟部組織のデータは非常に貴重で、このデータを用いて手術練習や動態解析用の三次元シミュレーターの作成も目指す。本データを有限要素法を用いた、医用画像から作成した脊椎脊髄コンピューターシミュレーションモデルに投入することで、ヒトの病態解析や手術方法の検討、動物の病態解析や手術方法の検討なども行っている。また脊椎脊髄疾患患者の医用画像から作成した脊椎脊髄コンピューターシミュレーションモデルを使用して、脊髄とインプラントも含めた解析を分担者 創成科学研究科 陳献とまたアメリカ オハイオ州のToledo大学Vijay K Goel教授の教室とも情報交換しながら解析を行い、論文を国際誌に投稿、採択された。また、日本臨床バイオメカニクス学会でシンポジウムを任された。これらのデータを使用して、今後の医療機器開発に使用される基礎モデルを作成予定である。

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

研究分担者 大木順司とともに、食肉業者や獣医学部(研究協力者:日下部健、谷健二)との連携により確保した年間5体のブタの脊椎脊髄や血管組織、手術中に切除が必要で廃棄予定の筋肉筋膜、黄色靱帯、硬膜、椎弓などヒト組織、山口大学法医学(協力者:髙瀬泉)と剖検時に血管や脊髄を年間1例採取し、速度依存性、異方性も考慮にいれて引張、剪断、圧迫試験など外力による損傷試験を行い、組織の応力曲線を解析している。また、タナックとの共同研究で作成した医用画像から作成したボーンモデルの圧縮試験やペディクルスクリューのトルク、引抜試験などもすでに100椎に施行している。脊椎脊髄疾患患者の医用画像から作成した脊椎脊髄コンピューターシミュレーションモデルを使用して、脊髄とインプラントも含めた体重、年齢、性別、全脊椎―骨盤の動態(前後屈、回旋、側屈)を考慮した物理学的応力解析を分担者 創成科学研究科 陳献と行っており、3つの国内学会で発表している。またアメリカ オハイオ州のToledo大学Vijay K Goel教授の教室とも情報交換し、Toledo大学の複数のモデルで解析を行い、英文誌に投稿した。
以上の事から、ヒトモデル作成とそのモデルをベースにした応力解析などは順調に進行している。さらに医用機器開発のための物理試験やシミュレーションを行うために、ランドトレーディング社の協力を得て、機器の設置なども開始している。

今後の研究の推進方策

引き続き、ヒト組織と動物組織の採取を行い、年齢、性別などに応じた複数の物理学的データを取得する。そのデータを使用して、脊椎のみならず、四肢の解析も行う。また、アメリカとの国際共同研究も含めて、医療機器開発の際の実験に資するシミュレーションモデルを作成する。今後はボーンモデルを使用して、力学試験器の作成も行い、屈曲、伸展、側屈、回旋を行い、人の医用画像から得たデータを使用した、シミュレーション、力学試験データを取得していく。また、本研究内容をもとに、国際共同研究と企業との連携を積極的に行う。さらに医療機器開発を行うための非臨床試験を行うための力学試験、シミュレーションを行う環境を整え、データを蓄積していく予定である。

次年度使用額が生じた理由

本年度の実験内容に変更はなかった。研究も順調に進んだが、当初予定していた治具の耐久性が十分で予想より使用数を少なく抑えられた。未使用額は令和6年度に使用する実験器具などに使用する。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [国際共同研究] University of Toledo(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Toledo
  • [雑誌論文] Finite Element Modeling for Biomechanical Comparisons of Multilevel Transforaminal, Posterior, and Lateral Lumbar Approaches to Interbody Fusion Augmented with Posterior Instrumentation2024

    • 著者名/発表者名
      Shimooki Yutaro、Murakami Hideki、Nishida Norihiro、Yan Hirotaka、Oikawa Ryo、Hirooki Endo、Yamabe Daisuke、Chiba Yusuke、Sakai Takashi、Doita Minoru
    • 雑誌名

      World Neurosurgery

      巻: 182 ページ: e463~e470

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2023.11.121

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of the biomechanical and viscoelastic properties of the dog patellar tendon in response to neuromuscular blockade at different stifle angles2024

    • 著者名/発表者名
      Anggoro Dito、Purba Melpa Susanti、Nishida Norihiro、Itoh Harumichi、Itamoto Kazuhito、Nemoto Yuki、Nakaichi Munekazu、Sunahara Hiroshi、Tani Kenji
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 19 ページ: e0292453

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0292453

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Compensation Method for Missing and Misidentified Skeletons in Nursing Care Action Assessment by Improving Spatial Temporal Graph Convolutional Networks2024

    • 著者名/発表者名
      Han Xin、Nishida Norihiro、Morita Minoru、Sakai Takashi、Jiang Zhongwei
    • 雑誌名

      Bioengineering

      巻: 11 ページ: 127~127

    • DOI

      10.3390/bioengineering11020127

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fracture risk assessment of vascularized medial femoral condylar bone graft: A finite element analysis2024

    • 著者名/発表者名
      Yamagata Hiroki、Nishida Norihiro、Imagama Takashi、Okazaki Tomoya、Matsuki Yuta、Kaneoka Takehiro、Kawakami Takehiro、Kumaran Yogesh、Suzuki Hidenori、Sakai Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery

      巻: 91 ページ: 83~93

    • DOI

      10.1016/j.bjps.2024.01.046

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of Sacral Slope Changes on the Intervertebral Disc and Hip Joint: A Finite Element Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Kumaran Yogesh、Nishida Norihiro、Tripathi Sudharshan、Mumtaz Muzammil、Sakai Takashi、Elgafy Hossein、Goel Vijay K.
    • 雑誌名

      World Neurosurgery

      巻: 176 ページ: e32~e39

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2023.03.057

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Finite element analysis of short and long posterior spinal instrumentation and fixation for different pathological thoracolumbar vertebral fractures2023

    • 著者名/発表者名
      Nishida Norihiro、Jiang Fei、Kitazumi Rei、Yamamura Yuto、Asano Takahiro、Tome Rui、Kumaran Yogesh、Suzuki Hidenori、Funaba Masahiro、Ohgi Junji、Chen Xian、Sakai Takashi
    • 雑誌名

      World Neurosurgery: X

      巻: 19 ページ: 100199~100199

    • DOI

      10.1016/j.wnsx.2023.100199

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Effect of Posterior Lumbar Interbody Fusion in Lumbar Spine Stenosis with Diffuse Idiopathic Skeletal Hyperostosis: A Finite Element Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Nishida Norihiro、Mumtaz Muzammil、Tripathi Sudharshan、Kumaran Yogesh、Kelkar Amey、Sakai Takashi、Goel Vijay K.
    • 雑誌名

      World Neurosurgery

      巻: 176 ページ: e371~e379

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2023.05.063

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Posterior Fixation for Different Thoracic-Sacrum Alignments Containing a Thoracolumbar Vertebral Fracture: A Finite Element Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Nishida Norihiro、Suzuki Hidenori、Jiang Fei、Fuchigami Yuki、Tome Rui、Funaba Masahiro、Kumaran Yogesh、Fujimoto Kazuhiro、Ikeda Hiroaki、Ohgi Junji、Chen Xian、Sakai Takashi
    • 雑誌名

      World Neurosurgery

      巻: 177 ページ: e748~e754

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2023.06.137

    • 査読あり
  • [学会発表] 頸椎軟部組織損傷による頸椎不安定性への影響2023

    • 著者名/発表者名
      西田 周泰, 今城 靖明, 鈴木 秀典, 舩場 真裕, Goel Vijay.K., 坂井 孝司
    • 学会等名
      日本脊椎脊髄病学会
  • [学会発表] 頸椎軟部組織損傷による頸椎不安定性への影響2023

    • 著者名/発表者名
      西田 周泰, 今城 靖明, 鈴木 秀典, 舩場 真裕, Mumtaz Muzammil, Goel Vijay K., 坂井 孝司
    • 学会等名
      日本整形外科学会
  • [学会発表] Cervical spine injuryにおける軟部組織損傷のバイオメカニクス―山口大学医工獣産学連携バイオメカニクス研究の現在地と展望―2023

    • 著者名/発表者名
      西田 周泰
    • 学会等名
      第137回山口県臨床整形外科医会教育研修会
    • 招待講演
  • [学会発表] 医学領域におけるシミュレーションの現在と未来2023

    • 著者名/発表者名
      西田 周泰
    • 学会等名
      JSOL CAEフォーラム
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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