骨折治療を目的としたインテリジェント整形外科デバイスの開発研究

骨折治疗智能骨科器械研发

基本信息

批准号：
09750107
负责人：
坂本二郎
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750107/
关键词：
バイオメカニクス骨折逆解析有限要素法創外固定

项目摘要

本研究では、骨折部の治療に利用される創外固定器を対象として、創外固定器に発生するひずみを計測し、この情報をもとに固定している骨折部の力学的特性を逆解析的に確定して治癒状況を評価する方法について提案し、その有効性について検討した。具体的な問題として、脛骨中央で起こった開放型の骨折が創外固定された場合を想定し、これに対して作成した有限要素モデルから骨折部の仮骨の特性と創外固定器のひずみの関係を求めた。この関係を用いることで、測定された創外固定器のひずみから仮骨の力学的特性を推定されることが可能となった。平成9年度の研究では、提案した仮骨の力学的特性推定法の基本的な有効性を確認している。平成10年度の研究では、骨の形態や骨折の症状が様々に異なる臨床的な状況下においても本手法が有効性を発揮するように、X線CTから得られた個々の画像データより有限要素モデルを、より正確に効率よく構築する方法の開発に努めた。手順としては、X線CTから得られる骨の横断面の画像に対して画像処理を行うことにより、外形線と髄空線を抽出する。これらの線情報をCADソフトウエアに取り込み、座標系の補正を行った後、互いを結びつけることによって立体モデルを作成する。立体モデルは、有限要素法のプリプロセッサにより要素分割され、各要素に皮質骨、海綿骨および骨折仮骨の材料特性が与えられることによって、個々の症例に対応した有限要素モデルが完成する。以上の方法を、人大髄骨の近位部や脛骨に適用して、実際に有限要素モデルを作成した。また、死体骨を対象にコンピュータで作成した立体モデルと実際の骨との形状を比較し、モデルの形状精度についても評価を行った。以上の計算と実験から、CT画像データより比較的正確な有限要素モデルが効率よく作成できることが確認され、個々の症例に対応した骨折部の力学的特性同定にも効果を発揮することが期待できる。

在这项研究中，我们提出了一种测量外部固定器中产生的应变的方法，该方法用于治疗断裂位点，基于此信息，我们提出了一种方法，用于贬低固定骨折位点的机械性能，评估愈合状况，并检查其有效性。作为一个特定的问题，我们假设中央胫骨中央发生的开放裂缝是外部固定的，并且根据创建的有限元模型确定断裂位点骨折骨的特征与外部固定器的应变之间的关系。使用这种关系，可以从测得的外部固定器的应变中估算转录骨的机械性能。 1997年的一项研究证实了所提出的方法估计模拟骨的机械性能的基本有效性。在1998年的研究中，我们努力开发一种比从X射线CT获得的单个图像数据更准确，更有效地构建有限元模型的方法，因此即使在骨形态和断裂症状有所不同的临床情况下，该方法也可以有效。该过程涉及从X射线CT获得的骨骼的横截面图像上进行图像处理，从而提取了轮廓和髓线线。这些线信息被导入CAD软件，校正坐标系，并通过互相链接来创建三维模型。使用有限元预处理器将3D模型分为元素，并赋予每个元素的皮质骨，取消骨和骨折的材料特性，从而完成与单个病例相对应的有限元模型。上述方法应用于人骨髓骨和胫骨的近端部分，以实际创建有限的元素模型。此外，将实际骨骼的形状与计算机生成的三维模型进行了比较，并评估了模型的精度。从上面的计算和实验中，可以证实，相对准确的有限元模型可以有效地创建，而不是CT图像数据，并且预计它将有效地识别与单个病例相对应的裂缝的机械性能。