2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of 3D simulation system for deformity correction of the extremities
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15H04957
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
村瀬 剛 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (50335361)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 啓之 大阪大学, 医学系研究科, 講師 (00432542)
岡田 潔 大阪大学, 医学系研究科, 特任准教授 (40576279)
吉田 清志 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (50645570)
岡 久仁洋 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (50724085)
吉川 秀樹 大阪大学, 医学系研究科, 理事・副学長 (60191558)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 変形矯正 / コンピューターシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は四肢変形に対する高精度の3次元矯正システムの開発に取り組み、一部実用化に成功した。本研究課題では、変形矯正におけるScrew Axis法の応用やナビゲーション技術、3次元動作解析、2D/3Dレジストレーション技術など、独自の関連研究の成果を導入してシステムの発展的開発を行う。具体的には、一期的矯正の困難な高度短縮変形例に対する緩徐矯正や健側データ欠損例への対応、軟部組織評価法の確立、カスタムメイド手術ガイドの位置確認手法の開発を行い、本システムの機能を大幅に強化する。本治療法の適応範囲が大きく広がることで、ほとんどの四肢変形において従来困難であった3次元的に正確な解剖学的矯正が可能となる。その結果、異常動態を示す上肢の高度変形など、従来治療困難であった高精度の矯正を必要とする疾患において治療成績を目覚ましく向上させることが出来る。
当該年度は、三次元動態解析技術の変形矯正シミュレーションへの応用、X線濃度勾配に基づいた新規biplane 2D/3Dレジストレーション法の開発、屍体研究による軟骨解析と変形矯正シミュレーション技術及び応力解析技術への応用を実施し、変形が前腕可動域に及ぼす影響、2D/3Dレジストレーション法における実用的な精度、関節内軟骨厚の三次元的分布に関する知見を得ることができた。これらの技術は、運動解析・関節動態研究において新たな手法をもたらし、四肢変形矯正の診断・手術計画・治療および予後予測に有用と考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
【１.三次元動態解析技術の変形矯正シミュレーションへの応用】前腕骨折変形治癒における前腕回旋制限の詳細な解析を軟部組織伸長の計算に基づき行い、変形パターンによる可動域制限の程度を予測することに成功した。
【2. X線濃度勾配に基づいた新規biplane 2D/3Dレジストレーション法の開発】透視画像による動態安定性の評価を行なった。具体的には前腕骨模型に1mm金属ビーズを埋没させて透視画像による動態撮影と骨模型のCT撮影を行い、３次元位置を比較して精度を検証し1mm、1°以下の精度を得た。
【3. 屍体研究による軟骨解析と変形矯正シミュレーション技術及び応力解析技術への応用】新鮮屍体上肢から得られた肘関節軟骨を3Dスキャナーを用いてスキャンし、同部位から得られたCT画像とレジストレーション技術により重ね合わせることにより、各種X線画像検査では描出できない軟骨領域の3次元的分布を測定が可能となった。この知見は、人工関節の開発、関節内骨折においてより正確な整復を要する部位の特定、離断性骨軟骨炎における骨軟骨再建の計画に重要な情報を提供する。
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| Strategy for Future Research Activity |
関節運動解析においては、独自のproximity mapping技術を用いて、関節面距離にカットオフ値を設定することにより、関節面の過剰な接近、すなわち関節面にかかる応力を定量的に評価す る。これらの技術により矯正後に変化する隣接関節にかかる負荷を予測し、靱帯、筋肉に既定値を与えることで矯正後の関節運動をシミュレーションする。これらのプログラムの有効性を検証する。 X線濃度勾配に基づいた新規biplane 2D/3Dレジストレーション法に関しては、臨床応用に進む。陳旧性モンテジア骨折などを対象に、従来は困難であった短時間に関節が脱臼する三次元的な動態の解析を試みる。屍体研究による軟骨解析と変形矯正シミュレーション技術及び応力解析技術への応用に関しては、新鮮屍体上肢から得られた母指CM関節、手関節軟骨を3Dスキャナーを用いてスキャンし、同部位から得られたCT画像とレジストレーション技術により重ね合わせることにより、各種X線画像検査では描出できない軟骨領域の3次元的分布を測定する。
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Research Products
(16 results)
