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2015 年度 実施状況報告書

骨関節統計動態モデルを用いた高度関節機能診断・手術支援システム

研究課題

研究課題/領域番号 26350537
研究機関埼玉工業大学

研究代表者

山崎 隆治  埼玉工業大学, 工学部, 准教授 (40432546)

研究分担者 佐藤 嘉伸  奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (70243219)
菅本 一臣  大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (40294061)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード画像処理・認識 / 情報工学 / 骨関節 / 3次元動態 / 統計動態モデル / 機能診断 / 手術支援 / 機械学習
研究実績の概要

本年度(平成27年度)は、前年度(平成26年度)に構築した人工膝関節および膝関節に対する病態統計動態モデルを、正常・健常な骨関節統計動態モデルとともに、2次元/3次元画像位置合わせ技術に導入・実装し、高度関節機能診断・手術支援システムのプロトタイプを開発した。特に、人工膝関節に関しては、症例数および動態解析データの大幅な増加により(計100症例以上)、様々なパターンの病態統計動態モデルの導入が可能となった。開発したプロトタイプシステムの性能評価を行ったところ、人工膝関節対象者に対しては、関節動態の異常の有無を識別でき、また、中・長期における関節機能の状態や再手術の必要性を予測できる可能性が示唆された。同様に、膝関節対象者に対しては、疾患の有無を識別できる可能性が示唆された。
人工股関節に関しては、X線動画像による動態データベースの整備を進め、当初の予定であった30症例以上のデータを収集することができ、3次元動態解析および解析結果の分類(正常・異常のクラス分け)を行った。
前年度(平成26年度)に開発した人工膝関節および膝関節に対する病態統計動態モデルの構築法を、人工股関節にも適用可能な手法に改良・拡張を行い、汎用的な関節統計動態モデルの構築法の開発を行った。また、様々な関節統計動態モデルに対応できるよう、対象関節部位に依存しない汎用的な動態計測・解析システムを組み込み、プラグイン型高度関節機能診断・手術支援システムの開発を進めている。

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

人工膝関節および膝関節に対する、高度関節機能診断・手術支援システムのプロトタイプを開発し、その性能評価において有用性が確認されたため。また、人工股関節についても、予定の30症例以上のデータを収集、3次元動態解析および解析結果の分類(正常・異常のクラス分け)を行うことができたため。

今後の研究の推進方策

様々な関節統計動態モデルに対応可能なプラグイン型高度関節機能診断・手術支援システムの開発を進める。また、必要に応じて骨関節統計動態モデルを応用した高度関節機能診断・手術支援システムの拡張、改良、評価を行い、システムの性能を向上させる。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額が生じた主な原因は、プラグイン開発用PCおよびそれに関わる消耗品の購入を保留し、現有するPCで一部代用、対応したためである。

次年度使用額の使用計画

次年度は、様々な関節統計動態モデルに対応可能なプラグイン型高度関節機能診断・手術支援システムの開発を中心に進めるため、プラグイン開発用PCを購入する予定である。また、請求する研究費は、主にシステム開発に必要な物品費や成果発表の費用(旅費)として使用する予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Improved Semi-automated 3D Kinematic Measurement of Total Knee Arthroplasty Using X-ray Fluoroscopic Images2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamazaki, R. Kamei, T. Tomita, Y. Sato, H. Yoshikawa, K. Sugamoto
    • 雑誌名

      IFMBE Proceedings

      巻: 51 ページ: 322-325

    • DOI

      10.1007/978-3-319-19387-8_77

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 人工膝関節の動態解析 -インプラント解析から骨解析へ-2016

    • 著者名/発表者名
      二井数馬,冨田哲也,伊能良紀,藤戸稔高,河野賢一,山崎隆治,吉川秀樹,菅本一臣
    • 学会等名
      第46回日本人工関節学会
    • 発表場所
      グランフロント大阪コングレコンベンションセンター
    • 年月日
      2016-02-26 – 2016-02-27
  • [学会発表] 生体内におけるTKA後膝関節の術中と術後との動態解析の比較2016

    • 著者名/発表者名
      藤戸稔高,冨田哲也,山崎隆治,二井数馬,河野賢一,伊能良紀,吉川秀樹,菅本一臣
    • 学会等名
      第46回日本人工関節学会
    • 発表場所
      グランフロント大阪コングレコンベンションセンター
    • 年月日
      2016-02-26 – 2016-02-27
  • [学会発表] ML single-radius TKAの階段昇降動作の生体内3次元動態解析2016

    • 著者名/発表者名
      河野賢一,冨田哲也,山崎隆治,藤戸稔高,伊能良紀,二井数馬,田中栄,吉川秀樹,菅本一臣
    • 学会等名
      第46回日本人工関節学会
    • 発表場所
      グランフロント大阪コングレコンベンションセンター
    • 年月日
      2016-02-26 – 2016-02-27
  • [学会発表] TKA膝における階段昇降動作の3次元動態解析~正常膝kinematicsとの比較2015

    • 著者名/発表者名
      木井雄一郎,冨田哲也,山崎隆治,寺本篤史,岡田葉平,鈴木智之,二井数馬,吉川秀樹,山下敏彦,菅本一臣
    • 学会等名
      第42回日本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)
    • 年月日
      2015-11-13 – 2015-11-14
  • [学会発表] 1方向X線透視画像を用いた人工膝関節3次元動態計測法の進化2015

    • 著者名/発表者名
      山崎隆治
    • 学会等名
      第42回日本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)
    • 年月日
      2015-11-13 – 2015-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] 情報技術(IT)の医学応用~X線画像を用いたヒト関節の3次元動態計測法を例に~2015

    • 著者名/発表者名
      山崎隆治
    • 学会等名
      埼玉工業大学第13回若手研究フォーラム
    • 発表場所
      埼玉工業大学
    • 年月日
      2015-07-18 – 2015-07-18
    • 招待講演
  • [学会発表] Automated 3D kinematic estimation of tibial component using statistical motion model2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamazaki, R. Kamei, T. Okada, K. Sugamoto, Yen-Wei Chen, Y. Sato
    • 学会等名
      The 29th International Congress and Exhibition, Computer Assisted Radiology and Surgery
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2015-06-24 – 2015-06-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Improved Semi-automated 3D Kinematic Measurement of Total Knee Arthroplasty Using X-ray Fluoroscopic Images2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamazaki, R. Kamei, T. Tomita, Y. Sato, H. Yoshikawa, K. Sugamoto
    • 学会等名
      World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2015
    • 発表場所
      Toronto, Canada
    • 年月日
      2015-06-07 – 2015-06-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparisons of Kinematics During Stair Motion in Single-Radius Total Knee Arthroplasty: Cruciate Retaining vs. Substituting Designs2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kii, T. Tomita, T. Yamazaki, K. Iwamoto, K. Futai, T. Yamashita, H. Yoshikawa, K. Sugamoto
    • 学会等名
      The 10th Biennial International Society of Arthroscopy, Knee Surgery and Orthopaedic Sports Medicine Congress
    • 発表場所
      Lyon, France
    • 年月日
      2015-06-07 – 2015-06-11
    • 国際学会
  • [学会発表] 内側型変形性膝関節症に対する装具療法の三次元生体内動態解析2015

    • 著者名/発表者名
      冨田哲也,老後隆志,山崎隆治,二井数馬,伊能良紀,吉川秀樹,菅本一臣
    • 学会等名
      第88回日本整形外科学会学術総会
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-05-21 – 2015-05-24
  • [学会発表] 大腿骨コンポーネントを対象とした統計動態モデルに基づくロバスト3次元動態計測2015

    • 著者名/発表者名
      山崎隆治,亀井亮吾,岡田俊之,菅本一臣,陳延偉,富山憲幸,佐藤嘉伸
    • 学会等名
      日本放射線技術学会・第71回総会学術大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2015-04-16 – 2015-04-19

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公開日: 2017-01-06  

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