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2015 年度 実績報告書

膝関節のキネマティクスと接触メカニクスの統合評価システム

研究課題

研究課題/領域番号 25420009
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) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード生体力学 / 関節運動 / 膝関節 / MRI / 3次元評価 / ボリュームレンダリング
研究実績の概要

関節の動的キネマティクスおよび静的アライメントを生体内で直接的に解析・評価する方法として,2次元のX線画像にCTスキャンもしくはMRIスキャンデータから構築した3次元骨・軟骨形状モデルをイメージマッチングすることで関節の空間位置を再現する手法が提示されてきた.これらの手法は高精度であるが,CTに関しては骨組織の描出能に優れるものの放射線による被曝の問題がある.MRIについては,被曝は無いものの骨組織単独の描出が不可能なので,骨形状モデルを再構築するためには周囲の軟部組織との境界を手動でセグメンテーションする必要があり,これに多大な労力を要している.また,モデルの形状精度もCTから再構築した場合に比べ低いという問題がある.
そこで,本研究課題では,MRIから得られた関節のボリュームデータをそのままレンダリングしてX線画像とイメージマッチングし,骨の空間位置を測定する方法について検討することを目的とした.まず,レンダリング法として一般的なレイキャスティング法を用いてX線画像とのイメージマッチングを試み,X線画像と比較可能なMRIのレンダリング像を得た.つづいて,並列演算により画像処理する専用ユニット(GPU)を導入することで大幅な高速化を実現した.また,1方向のX線画像のみならず,2方向画像の同時レンダリングも実現した.これにより,2方向単純X線撮影に代わり近年普及しつつあるスロットラジオグラフィを用いた立位下肢アライメント評価法の実用性をさらに向上させる可能性が生まれた.スロットラジオグラフィは単純X線撮影に比べ簡便,高速,低被曝かつ低ひずみで長尺撮像が可能であるという特長がある.軟骨接触メカニクスについては,上述のGPUの並列演算処理機能を有限要素解析における大規模な行列演算にも用いることで効率的な解析を目指し,基礎段階として関節軟骨を線形弾性体とした静的解析を想定した場合について検討を行った.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Three-dimensional dynamic analysis of knee joint during gait in medial knee osteoarthritis using loading axis of knee2015

    • 著者名/発表者名
      Nishio K, Omori G, Koga Y, Kobayashi K, Sakamoto M, Tanabe Y, Tanaka M, Arakawa M
    • 雑誌名

      Gait & Posture

      巻: 42 ページ: 127-132

    • DOI

      10.1016/j.gaitpost.2015.04.018

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unicompartmental knee arthroplasty cannot restore the functional flexion axis of a living knee to normal2015

    • 著者名/発表者名
      Mochizuki T, Sato T, Tanifuji O, Kobayashi K, Yamagiwa H, Watanabe S, Koga Y, Omori G, Endo N
    • 雑誌名

      Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy

      巻: 23 ページ: 3736-3742

    • DOI

      10.1007/s00167-014-3296-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MRIを用いた中手指節間関節における接触領域および関節運動の三次元生体内解析2015

    • 著者名/発表者名
      坂本信,春日勇人,風間清子,小林公一
    • 雑誌名

      臨床バイオメカニクス

      巻: 36 ページ: 7-15

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 回内・回外における橈骨-尺骨間運動の三次元生体内解析2015

    • 著者名/発表者名
      風間清子,春日勇人,小林公一,坂本信
    • 雑誌名

      臨床バイオメカニクス

      巻: 36 ページ: 17-22

    • 査読あり
  • [学会発表] 2方向スロットラジオグラフィと3次元形状モデルによる 下肢アライメント評価法2016

    • 著者名/発表者名
      小林公一,高橋匠,岡庭大祐,坂本信,田邊裕治
    • 学会等名
      日本機械学会第28回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-01-09 – 2016-01-10
  • [学会発表] 2方向X線透視画像を用いたイメージマッチング法(MGHにおける手法の実際)2015

    • 著者名/発表者名
      小林公一
    • 学会等名
      第42回臨床臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      ソラシティカンファレンスセンター(東京都千代田区)
    • 年月日
      2015-11-14 – 2015-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] 大腿骨遠位成長軟骨と3次元下肢荷重線との位置関係2015

    • 著者名/発表者名
      田中翔太,林豊彦,渡邉聡,佐藤卓,小林公一,古賀良生,大森豪
    • 学会等名
      第42回臨床臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      ソラシティカンファレンスセンター(東京千代田区)
    • 年月日
      2015-11-14 – 2015-11-14
  • [学会発表] 変形性膝関節症に伴う三次元立位下肢アライメント変化・大腿骨内変形の特徴2015

    • 著者名/発表者名
      望月友春,谷藤理,古賀良生,佐藤卓,有海明央,藤井俊英,小林公一,山際浩史,大森豪,遠藤直人
    • 学会等名
      第42回臨床臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      ソラシティカンファレンスセンター(東京千代田区)
    • 年月日
      2015-11-14 – 2015-11-14
  • [学会発表] In Vivo Three-Dimensional Analysis of Forearm Pronation/Supination2015

    • 著者名/発表者名
      Kazama K, Kobayashi K, Kondo T, Sakamoto M
    • 学会等名
      10th ISEM'15-Matsue
    • 発表場所
      くにびきメッセ(島根県松江市)
    • 年月日
      2015-11-01 – 2015-11-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Biplanar Slot-Scan Digital Radiography for Evaluation of Three-Dimensional Lower Extremity Alignment with the Use of Bone Surface Models2015

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi K, Takahashi T, Okaniwa D, Sakamoto M, Tanabe Y
    • 学会等名
      ATEM’15, JSME-MMD
    • 発表場所
      ロワジールホテル豊橋(愛知県豊橋市)
    • 年月日
      2015-10-04 – 2015-10-08
    • 国際学会
  • [学会発表] In Vivo Three-dimensional Motion Analysis of Forearm During Pronation/Supination2015

    • 著者名/発表者名
      Kazama K, Kobayashi K, Sakamoto M
    • 学会等名
      The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
    • 国際学会
  • [学会発表] 2 方向X 線画像と3次元骨形状モデルを用いた 下腿部と足部における皮膚マーカの誤差評価2015

    • 著者名/発表者名
      小林公一,風間清子,坂本信
    • 学会等名
      2015年度日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [学会発表] 2方向スロットラジオグラフィによる立位下肢アライメントの3次元評価法2015

    • 著者名/発表者名
      高橋匠,小林公 一,坂本信,田邊裕治
    • 学会等名
      日本実験力学会2015年度年次講演会
    • 発表場所
      新潟大学(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2015-08-28 – 2015-08-28

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公開日: 2017-01-06  

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