骨強度を正確に評価し骨関節系難病の治療効果を実用的に評価する方法の確立

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東京大学整形外科が開発している骨強度評価用有限要素ソフトウエアの改良・精確性の検証を継続し行っている。今年度、ヒト大腿骨に対する精確性を検証するために、東京大学医学部倫理委員会、各診療科、および患者遺族の承認のもとに、収集した椎体の凍結標本を使用した実証実験を行った。骨標本をキャリブレーションファントムとともにCT装置を用いて撮像し、画像データをコンピュータに転送し、3次元有限要素モデルを作成した。骨標本を荷重試験機によって大腿骨軸から20度傾けた方向に荷重負荷し、骨に貼付した歪ゲージから荷重値に対応した歪を求め、骨破断強度も求めた。骨折後の大腿骨に対して、CTを撮影し骨折部位の詳細を検証した。一方、大腿骨有限要素モデルに荷重負荷(圧縮実験で行った条件と合わせた)し,解析モデル上で応力と歪、骨折危険領域を計算した。骨折危険領域が表示される最小荷重を求め、骨強度を求めた。大腿骨表面に貼付した歪みゲージと解析モデル上の位置は、光学的なマーカーを用いたregistrationによって解析モデルを、実証実験モデルと対応させた。各標本の解析データと、実験データを比較し,強度解析法の精度を検証した。結果、主ひずみや骨折荷重の実験値と解析値の相関係数は、r=0.9で、高い相関を得ることができた。骨折部位も予測可能であった。これは、2005、2006年の51st、52nd Annual meeting of Orthopaedic Research societyで報告を行った。また、東京大学医学部倫理委員会、患者同意の上で大腿骨頚部骨折患者5名の非骨折側の大腿骨をCTにて撮像した。大腿骨頚部骨折患者の全てに、仮想的な荷重拘束条件にて、骨折側に類似した頚部骨折を解析モデル上に作成できた。臨床でも本方法を適応できることを確認した。