超音波による軟骨変性の早期診断システム

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15390457
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 池内 健 京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (30026223)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中川 泰彰 京都大学, 医学研究科, 講師 (90293860)
• Keywords: 超音波パルス / 反射波強度 / 関節軟骨 / 軟骨再生 / 早期診断 / ウェーブレット変換 / 変性 / 動剛性

Research Abstract

1.超音波パルスの反射波をウェーブレット変換して軟骨を計測するシステムを構築した。
2.超音波計測とその他の力学計測を併用して軟骨の動剛性、密度、音速、内部損傷を計測し、反射波の強度が主として軟骨の動剛性を反映し、反射波の持続時間が軟骨の表面及び内部の損傷を反映することを明らかにした。
3.軟骨が変性すると、動剛性、音速、密度が低下し、ついで、反射波の持続時間が増加するとともに、内部からの反射波が生じる事を明らかにした。
4.コラーゲナーゼ処理によって関節軟骨を変性させた試料を超音波で測定した結果、変性が進行するほど表面からの反射波最大強度が低下することを確認した。
5.ウサギの膝関節の靭帯と半月版を切除した不安定膝モデル及び膝関節にコラーゲナーゼを注入した軟骨変性モデルについて超音波による測定を行った結果、まず、大腿顆部内側の軟骨が変性し、続いて外側顆部の軟骨が変性し始めることが明らかになった。
6.圧電セラミックを用いる超音波トランスデューサーに加えて圧電ポリマーによる薄型のトランスデューサーを製作して膝関節、股関節、手根関節、脊椎の臨床診断に使用できることを確認した。
7.ウサギの膝関節における軟骨欠損部に骨と軟骨の複合体を移植した後の軟骨を超音波によって評価した結果、移植部の境界に再生した軟骨の動剛性は本来の関節軟骨の動剛性よりもやや低いが、日常生活には十分耐えられることを確認した。
8.体外における培養によって再生させた関節軟骨の動剛性は正常な軟骨に比べてかなり低かった。
7.軟骨の再生治療において、軟骨欠損部から骨髄までドリリングした場合と骨髄細胞をスキャフォールドに注入した場合には反射波強度が比較的高い軟骨を再生させることができた。これより、骨髄細胞は高い確率で腕軟骨細胞に分化させうると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Quantitative ultrasonic assessment for detecting microscopic cartilage damage in osteoaethritis (2005)
  • Author(s): Hattori, K., Ikeuchi, K., Morita, Y., Takakura, Y.
  • Journal Title: Arthritis Res Ther 7 Pages: 38-46
• [Journal Article] Quantitative ultrasound can assess the regeneration process of tissue-engineered cartilage using a complex between adherent bone marrow cells and a three-dimensional scaffold (2005)
  • Author(s): Hattori, K., Takakura, Y., Ohgushi, H., Habata, T., Uematsu, K., Yamauchi, J., Yamashita, K., Fukuchi, T., Sato, M., Ikeuchi, K
  • Journal Title: Arthritis Res Ther 7 Pages: 552-559
• [Journal Article] Differential acoustic properties of early cartilage lesions in living human knee and ankle joints. Arthritis & Rheumatism (2005)
  • Author(s): Hattori, K., Takakura, Y., Ishimura, M., Tanaka, Y., Habata, T., Ikeuchi, K
  • Journal Title: Arthritis & Rheumatism 52-10 Pages: 3125-3131
• [Journal Article] Novel ultrasonic evaluation of tissue-engineered cartilage for large osteochondral defects (2005)
  • Author(s): Hattori, K., Takakura, Y., Ohgushi, H., Habata, T., Uematsu, K., Ikeuchi, K.
  • Journal Title: J Orthop Res 23 Pages: 1179-1183
• [Journal Article] Evaluation of the effect of collagen network degradation on the frictional characteristics of articular cartilage using a simulataneous analysis of the contact condition (2005)
  • Author(s): Naka, M, H, Hattori, K., Ohashi, T., Ikeuchi, K
  • Journal Title: Clin.Biomech. 20 Pages: 1111-1118