骨密度と筋力を考慮した有限要素法解析による変形性股関節症の進行予測と術後評価

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25462378
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 稲葉 裕 横浜市立大学, 附属病院, 准教授 (40336574)
• 研究分担者: 田原 大輔 龍谷大学, 理工学部, 講師 (20447907)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 整形外科 / 有限要素法解析 / 歩行解析 / 骨密度

研究実績の概要

本研究では、VICON MXを用いた歩行・動作解析より得られたC3Dファイルデータを筋・骨格モデルシミュレーションシステムであるAnyBody Modeling Systemに取り込む手法の開発を行った。これにより歩行中の筋肉活動を評価できるようになった。2名の健常ボランティアの解析では、1名では歩行中の中殿筋活動に左右差を認め、健常者でも気が付かないような詳細な評価ができる可能性が考えられた。変形性股関節症患者3例についての解析では、患側の中殿筋の歩行中の筋活動は著明に低下し、その低下を代償するように小殿筋の筋活動が上昇していた。また臨床的な筋力測定結果との比較を行うため、MicroFET（徒手筋力計）を用いた筋力とCT計測による筋体積量、脂肪変性度との関係を調査したところ、筋体積量、脂肪変性度と筋力は相関しており、これらのパラメータを用いた筋力の妥当性評価も可能であることが示唆された。
本研究期間中では、VICON MXより得られたC3Dファイルデータを筋・骨格モデルシミュレーションシステムに取り込む手法の開発に時間を要したため、症例数が少なく、歩行中の筋活動の定量化を行った有限要素解析までは施行することができなかったが、以前にわれわれが行った変形性股関節症患者に対する荷重条件を変化させた有限要素法解析の結果では関節応力は大きく変化するため、今後、歩行中筋活動の定量化と妥当性検証を行い、荷重条件に反映させて有限要素法解析を行うことで詳細な解析が可能となると考える。

研究成果

• [雑誌論文] 変形性股関節症の歩行における股関節周囲筋力の個体別推定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田原大輔、澤 弘樹、辻上哲也、百瀬たか子、池 裕之、稲葉 裕
  • 雑誌名: 臨床バイオメカニクス 巻: 36 ページ: 285～292
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between mechanical stress by finite element analysis and 18F-fluoride PET uptake in hip osteoarthritis patients (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirata Y, Inaba Y, Kobayashi N, Ike H, Yukizawa Y, Fujimaki H, Tezuka T, Tateishi U, Inoue T, Saito T
  • 雑誌名: J Orthop Res 巻: 33(1) ページ: 78～83
  • DOI: 10.1002/jor.22717.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison between mechanical stress and bone mineral density in the femur after total hip arthroplasty by using subject-specific finite element analyses (2015)
  • 著者名/発表者名: Ike H, Inaba Y, Kobayashi N, Hirata Y, Yukizawa Y, Aoki C, Choe H, Saito T
  • 雑誌名: Comput Methods Biomech Biomed Engin 巻: 18(10) ページ: 1056～1065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Rotational Acetabular Osteotomy on Hip Joint Stress in Patients with Developmental Dysplasia of the Hip: A Subject-Specific Finite Element Analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Ike H, Inaba Y, Kobayashi N, Yukizawa Y, Hirata Y, Tomioka M, Saito T
  • 雑誌名: Bone Joint J 巻: 97B(4) ページ: 492～497
  • DOI: 10.1302/0301-620X.97B4.33736.
  • 査読あり
• [学会発表] 変形性股関節症患者の筋断面積と歩行動作を反映した個体別筋骨格シミュレーシ ョン (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤 弘樹、田原 大輔、百瀬 たか子、大庭 真俊、稲葉 裕
  • 学会等名: 日本機械学会2016年度年次大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2016-09-11 – 2016-09-14
• [学会発表] 変形性股関節症患者における股関節外転筋力と中殿筋体積および脂肪変性との関連 (2015)
  • 著者名/発表者名: 百瀬たか子、稲葉 裕、小林直実、池 裕之、手塚太郎、久保田 聡、川村正樹、齋藤知行
  • 学会等名: 第30回日本整形外科学会基礎学術集会
  • 発表場所: 富山国際会議場、ANAクラウンプラザホテル富山、富山市民プラザ（富山県富山市）
  • 年月日: 2015-10-22 – 2015-10-23
• [学会発表] 変形性股関節症患者における三次元画像解析ソフトウェアを用いた中殿筋体積と脂肪変性の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 百瀬たか子、稲葉 裕、小林直実、池 裕之、手塚太郎、久保田 聡、川村正樹、齋藤知行
  • 学会等名: 第88回日本整形外科学会学術集会
  • 発表場所: 神戸ポートピアホテル、神戸国際展示場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-05-21 – 2015-05-24