別冊整形外科 1巻75号 (2019年4月発行)

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整形外科診療における最先端技術　Ⅰ．診断，評価

1．新しい画像・機能診断

拡散テンソル画像による頚部脊髄症の神経障害定量評価北村　充広 , 牧　聡 , 國府田　正雄 , 古矢　丈雄 , 山崎　正志 , 大鳥　精司 1巻75号 , 2019年4月 , pp.2-5

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はじめに

　頚部脊髄症とは，頚椎症性脊髄症や頚椎後縦靱帯骨化症などの頚椎における圧迫性の脊髄症の総称である．頚部脊髄症の重症度の定量的な画像評価は困難であり，従来画像では定性的な評価にとどまる．近年，拡散テンソル画像（diffusion tensor imaging：DTI）が頚部脊髄症の重症度を定量評価できるとの報告が散見される．DTIは水分子の拡散運動を利用し，神経線維の障害を定量評価できる．もっともよく使用されるDTIパラメータはfractional anisotropy（FA）値である．FA値は0から1の間で変化する拡散の異方性の指標であり，1に近いほど異方性が高い構造であることを示す．最近の研究では，頚部脊髄症患者の脊髄圧迫高位において非圧迫高位や健常ボランティアと比較して有意にFA値が低下しており，FA値の低下は脊髄の脱髄や軸索損傷を反映するといわれている^1）．

腰部脊柱管狭窄症評価における脊柱管内apparent diffusion coefficient，fractional anisotropy値の有用性乗本　将輝 , 江口　和 , 大鳥　精司 1巻75号 , 2019年4月 , pp.6-10

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はじめに

　痛みは病の徴候，愁訴としてもっとも多く，高齢化社会に伴い治療へのニーズが高まりつつあり，米国議会では2001年からの10年間を「痛みの10年」と宣言した．2003年には，米国での痛みによる労働生産力損失の推計額は年間約9兆円とも試算されている．わが国における腰痛・関節痛の生涯罹患率は85～90％とされ，2013年における厚生労働省の国民生活基礎調査の結果によると，有訴者率の男性の1位が腰痛，2位が肩こり，女性の1位が肩こり，2位が腰痛，3位が関節痛となっており，腰痛，関節痛などの運動器の痛みがわが国の国民愁訴の上位を占めている．近年，わが国における高齢化は急激に進行し，加齢による腰痛・関節痛患者が増加しており，その中には慢性化し，難治性疼痛となっている症例も少なからず存在する．日本の総人口のうち約13％がなんらかの慢性痛をもっているとの報告もされている．さらに，高齢者の増加に伴い，腰部脊柱管狭窄症による機能障害が問題となっている^1）．

　近年，水分子の移動を強調し画像化するMRI拡散強調画像（diffusion tensor imaging：DTI）が用いられている．拡散の大きさの指標としてapparent diffusion coefficient（ADC）値および拡散異方性の強さを示す指標としてfractional anisotropy（FA）値が用いられ，脳梗塞の診断において必要不可欠である^2）．これまで，脊柱管内病変は形態的な評価が主であり，定量的な指標の報告は皆無であった（図1）．われわれは，過去に腰部脊柱管内ADC値が腰部脊柱管狭窄症患者において低下することを世界で初めて報告した．本研究の目的は，腰部脊柱管狭窄症の他覚的，定量的な指標としての，腰部脊柱管内ADC値およびFA値の妥当性を検証することである．

椎間板MRIの最新技術中島　大輔 , 藤田　順之 , 畑　純一 , 松本　守雄 , 中村　雅也 1巻75号 , 2019年4月 , pp.11-15

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はじめに

　MRIを用いた椎間板変性の評価は，整形外科医にとってもっとも馴染みがあるT2強調矢状断像を用いて最初にPfirrmannら^1）によりなされた（Pfirrmann分類）［図1］．当手法は見た目による5段階の評価法であり，現在までもっとも広く用いられている．しかし当手法は定性的かつ臨床症状との関連に乏しいという問題点がある．本稿では，MRIによる椎間板変性の定量法を紹介したい．

MRI定量的画像法（T1ρ，T2，T2^＊）による椎間板変性の評価高島　弘幸 , 吉本　三徳 , 竹林　庸雄 , 今村　塁 , 赤塚　吉紘 , 山下　敏彦 1巻75号 , 2019年4月 , pp.16-19

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はじめに

　椎間板病変の診断において，MRIの有用性は高い．MRIは，T1およびT2緩和時間，プロトン密度が画像を構成する主な因子であり，これらの差を強調した画像が日常の検査で用いられているT1強調画像，T2強調画像，プロトン密度強調画像である．椎間板変性の評価法は，T2強調画像を用いた視覚的な方法が簡便であり，多くの研究で用いられてきた．T2強調画像における椎間板の信号変化は，加齢による変性を反映し，椎間板変性の程度を評価することが可能である^1）．しかし，前述したようにT2強調画像は，T2緩和時間の差を強調した定性画像であることから，信号値を定量値として取り扱うのは困難である^2）．一方，MR装置や撮像方法の発展により，さまざまな定量的画像評価法が開発され，椎間板においても解析が行われている．特にT1ρ，T2，T2^＊については，軟骨の評価をはじめ^3），椎間板の解析についてもいくつかの報告がある^4,5）．しかし，これらを同一症例で検討した報告は少ない．

　本研究の目的は，椎間板の定量的評価法として報告されているT1ρ，T2，T2^＊について比較検討し，それらの特徴および有用性について検討することである．

腰痛の解明 -――脳イメージングを用いて関口　美穂 , 紺野　愼一 1巻75号 , 2019年4月 , pp.20-22

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はじめに

　慢性疼痛患者の疫学調査によると，日本における慢性疼痛の保有率は13～23％である^1～3）．痛みの慢性化と痛みを認知する脳の関係が着目され，画像処理技術の発展に伴い脳イメージング研究が飛躍的に進歩した．脳イメージングには，脳MRIを用いる機能的磁気共鳴画像法（functional magnetic resonance imaging：fMRI），脳代謝物質を測定する脳磁気共鳴スペクトロスコピー（MR spectroscopy：MRS），選択した脳領域の密度や体積を測定することができるボクセル単位形態学的診断法（voxel-based morphometry：VBM），放射性同位元素を利用する陽電子放射断層撮影（positron emission tomography：PET），単一光子放射断層撮影（single photon emission computed tomography：SPECT）など多様な種類があり，それぞれ利点と弱点を有する．本稿では，われわれが行ったfMRIを用いた研究を主眼として腰痛の病態解明について紹介する．

マルチスライスCT，T2マッピングMRIを用いた寛骨臼形成不全股における軟骨下骨梁と関節軟骨の評価庄司　剛士 , 山崎　琢磨 , 大田　悠貴 , 坂　英樹 , 安永　裕司 , 安達　伸生 1巻75号 , 2019年4月 , pp.23-26

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はじめに

　変形性関節症（osteoarthritis：OA）は，関節軟骨に対する力学的負荷の繰り返しと蓄積により，軟骨の変性，破壊，また骨の増殖性変化を生じる疾患である．一方で，OAにおいては，軟骨以外にも滑膜炎，骨髄，軟骨下骨の変化などさまざまな関節構成体の変化が関与することが知られている．特に軟骨下骨は，関節軟骨の恒常性維持に重要な役割を担っていると考えられ，OAの発症早期から軟骨下骨のリモデリングや代謝変化がすでに存在すると考えられている．これまで軟骨変性と軟骨下骨変化のどちらが先行して起こるかがしばしば議論されてきたが，軟骨および骨の代謝異常が比較的早期から相互に関係しながら関節の破壊が進むという考え方が認識されつつある．

　変形性股関節症（股関節OA）は，一次性股関節症，また寛骨臼形成不全を主な原因とする二次性股関節症に分類される．双方とも加齢による関節軟骨の退行変性や過負荷に起因し，関節軟骨が変性，磨耗し発症すると考えられているが，股関節OAにおいては関節軟骨と軟骨下骨との関連などその病態は明らかではない．

　これまで，ヒトin vivo骨梁構造解析に関する報告は生検標本による研究がほとんどであったが，近年，三次元デジタルCTデータによる骨梁構造解析についての研究が散見されるようになり，骨梁構造解析による骨質診断の有用性が示されるようになっている^1,2）．マルチスライスCT（multi-detector row CT：MDCT）は，多列の検出器を有する臨床用CTであり，短時間で高解像度の画像を得ることが可能となり，骨梁構造の詳細な解析が可能となった．現在までに，骨粗鬆症患者の脊椎の骨梁構造の解析や，薬剤の治療効果判定に用いられている^3,4）．

　一方，関節軟骨の評価においてMRIはOAや炎症性疾患による軟骨基質の変性や組成変化も信号変化として描出できるようになっている．この変性過程において，プロテオグリカンの減少やコラーゲン配列の乱れを信号変化としてとらえようという試みがなされ，関節軟骨の細胞外マトリックスの量や構造など質的評価が可能な撮像法が開発され臨床応用されている．そのうち，T2マッピングは関節軟骨基質内のコラーゲン配列と水分含量が評価可能な撮像法であり，関節軟骨の質的評価が可能であるとされ，これまで股関節領域においても多くの報告がなされている．当科でも軟骨の質的評価の重要性を考慮し，2009年より非造影で撮像シーケンスの入手が比較的容易なT2マッピングを用いて，股関節疾患における軟骨の質的評価，また術後の軟骨評価を行っている^5）．

　本研究では，寛骨臼形成不全を有する股関節OA患者の骨梁構造，関節軟骨をそれぞれMDCT，T2マッピングMRIを用いて定量的に解析し，両者間の関連を評価した．

多機能OCTを用いた早期変形性関節症軟骨の粘弾性力学特性マイクロ断層診断池淵　充彦 , 中村　卓 , 箕田　行秀 , 中村　博亮 , 古川　大介 , 佐伯　壮一 1巻75号 , 2019年4月 , pp.27-31

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はじめに

　関節炎に伴う軟骨の変性については，組織学的には多くが解明されてきているが，力学的な解明は進んでいないのが現状である．現在，iPS細胞をはじめとする再生医療の進歩は目覚ましく，軟骨移植の臨床応用には軟骨の組織学的，力学的評価は必須であり，その手法は可能なかぎり低侵襲であり，客観性を有していることが必要である．

　軟骨の質的評価として，MRI T2マッピングや超音波による評価が行われているが，これらの評価手法は空間分解能や検出感度が低く，軟骨のようなマイクロスケールでの組織変化，力学的変化は把握できない可能性がある．さらに，初期変形性関節症においては組織学的変性の進行度合いよりも力学的な劣化の度合いは著しいとの報告もあり^1），質的評価だけでの診断は不十分と考えられる．

整形外科診療における超音波検査 -――画像診断の第一選択は「X線」から「超音波」へ荒川　曜子 , 笹原　潤 , 宮本　亘 , 根井　雅 , 河野　博隆 1巻75号 , 2019年4月 , pp.32-36

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はじめに

　整形外科診療における補助診断として，画像検査はきわめて有用である．骨，関節，軟部組織の画像検査としては，単純X線検査，CT，MRIが広く普及しているが，整形外科疾患に対し動的に評価することが可能な超音波検査が近年注目されてきている．

　超音波検査は，和賀井敏夫順天堂大学名誉教授らによって日本で開発され発展した技術である．内科や産婦人科領域などでは必須の画像検査となった一方で，表在組織を鮮明に描出することが困難であったため，整形外科領域では広く普及しなかった．しかし，近年における超音波画像構築技術の進歩（デジタル化や高周波リニアプローブなど）によって，表在組織を高解像度で描出することが可能となったことから，整形外科領域において急速に普及してきている．超音波検査は，その即時性と侵襲のなさから，整形外科診療における画像検査の第一選択として単純X線検査を凌駕して発展する可能性を秘めている．

　本稿では，超音波を画像検査の第一選択とした整形外科診療について，実際の症例を呈示して解説する．

整形外科診療における超音波診断（エラストグラフィ，パワードプラ，3D超音波，real-time virtual sonography）の有用性上原　浩介 1巻75号 , 2019年4月 , pp.37-40

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はじめに

　近年，運動器の診断，評価において超音波の有用性が注目されつつある．高い分解能を有する探触子の出現や装置，画像構築技術の進歩により，以前よりも細部にわたる観察，評価が可能になった．超音波にはさまざまなモードがあり，組織の硬さ（弾性率の比）を評価可能なエラストグラフィ，滑膜炎や血流の有無を評価することが可能なパワードプラなどがあげられる．ここでは，エラストグラフィ，パワードプラ，3D超音波，real-time virtual sonography（RVS）の有用性を中心に述べる．

整形外科領域における超音波剪断波エラストグラフィの有用性 -――肩腱板修復術の術前評価への応用糸魚川　善昭 , 金子　和夫 1巻75号 , 2019年4月 , pp.41-44

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はじめに

　近年，整形外科領域における画像診断は急速な進歩をとげている．「骨」を中心としたX線画像診断から軟部組織の評価が可能な超音波やMRIが現在一般的に行われるようになった．しかし，これらは解剖学的破断の評価であり，実際の組織の質は評価できない．超音波剪断波エラストグラフィ（shear wave elastography：SWE）は通常のBモード超音波機器に搭載され，物質の「硬さ」を評価できる機器である（図1）．われわれは，このSWEを用いて整形外科領域における筋や腱の硬さを計測することが可能か否かを調べることにより，実際の臨床現場での術前評価や修復過程の評価にSWEの使用が可能であるという仮説をもとに研究を行っている．そのうちの一つとして，肩関節領域における鏡視下腱板修復術の術前評価にSWEが有用か否か評価することを目的とした研究について述べる．

超音波はpink pulseless handの血管展開の判断に有用である村岡　辰彦 , 井上　三四郎 1巻75号 , 2019年4月 , pp.45-48

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はじめに

　小児上腕骨顆上骨折において，循環は保たれるも橈骨動脈触知不能な状態はpink pulseless hand（PPH）と呼ばれ，そのほとんどはGartland typeⅢなどの転位の大きい骨折でみられる^1）．その治療のコンセンサスは得られておらず，治療方針は施設によって異なる．つまり，血行再建が日常的に行えている施設であれば最初から血管展開を行うことを躊躇しないであろう．一方，大多数を占めるそれ以外の施設では，徒手整復後に経皮鋼線刺入を行い，何事もないことを祈りながら経過観察するのが現状であると推測する^2～4）．われわれは，超音波（US）が血管展開，再建の判断に有用であった2症例を経験し，それを基にUSを使用した治療フローチャートを作成したので報告する．

関節リウマチ診療におけるイメージングバイオマーカーとしてのPETの有用性岡邨　興一 1巻75号 , 2019年4月 , pp.49-52

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はじめに

　関節リウマチ（RA）は滑膜の増生を伴う関節炎を生じて骨・軟骨破壊を引き起こす全身性自己免疫疾患である．近年，RA治療の領域では，新たな治療薬の登場によりRAの疾患活動性を以前より厳格にコントロールすることが可能となっている．陽電子放出断層撮影（positron emission tomography：PET），特に¹⁸F-fluorodeoxy glucose（FDG）-PETの画像を利用することによって，RAの関節炎をより正確に評価することが可能である．PET画像は細胞の代謝の状態を画像として表現できる「機能・代謝画像」であり，疾患活動性を評価する必要のあるRAにおいては，イメージングバイオマーカーとしてその有用性が発揮できるモダリティである．

生体磁界計測による神経活動イメージング川端　茂徳 , 佐々木　亨 , 渡部　泰士 , 関原　謙介 , 足立　善昭 , 大川　淳 1巻75号 , 2019年4月 , pp.53-58

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はじめに

　生体磁界計測は，生体内の電流から発生する磁界を計測することで，生体内の神経，筋組織などの電気活動を高い空間分解能で把握できる優れた検査法である．生体磁気計測の歴史は意外に古く，1963年にBauleらによって鉄芯に電線を200万回巻きつけた電磁誘導コイルを用いてヒトの心臓の磁場がはじめて記録された^1）．その後1970年に超伝導量子干渉素子（superconducting quantum interference device：SQUID）を用いた超高感度の磁束計が開発され^2），脳磁界や心臓磁界などの測定が始まった．1990年ごろに多チャンネルのSQUID磁束計が発売されると生体磁気計測の研究が急速に発展し，2000年ごろから脳と心臓については脳磁図，心磁図として臨床応用された．末梢神経^3～5）や脊椎^6,7）の神経誘発磁界測定については，1990～2000年代前半に多くの研究が行われたが，神経電気活動の表示方法や，障害部位診断法が確立していなかったために，臨床応用にはいたらなかった．

　われわれは，1999年より脊髄，末梢神経磁界測定用の磁束計の開発を開始し，脊髄，末梢神経に最適化したハードウェアおよび信号処理法を開発することで，ようやく臨床応用が可能になってきた．現在ではMRI，単純X線像などの形態情報に，神経電気活動の機能情報を重ね合わせて表示することができ，次世代の神経機能診断法として期待される．本稿では，脊髄，末梢神経磁界測定を可能にした最先端技術を紹介する．磁界計測の応用については，本誌No.74^8）で報告したのでぜひ参照されたい．

2．人工知能

画像診断領域における深層学習中原　龍一 1巻75号 , 2019年4月 , pp.59-62

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はじめに

　米国食品医薬品局（FDA）は，2018年に人工知能を用いた糖尿病性網膜症の自動診断を承認した．国内でも大腸内視鏡検査のポリープ検出人工知能が開発されている．これらはすべて深層学習と呼ばれる人工知能の一種によってもたらされた．

　われわれも深層学習を用いて単純X線像と関節超音波の深層学習研究を行ってきた．研究の初期には多くの労力を必要とした．しかし，この数年間で深層学習のプラットフォームが開発され無料公開されたことで，誰でも人工知能の研究が可能となるという大きな変化があった．本稿ではそれらの開発環境も含めて深層学習を用いた画像解析について概説する．

人工知能による骨折の画像診断浦川　貴朗 , 田中　裕貴 , 後藤　真一 , 松澤　等 , 渡辺　慶 , 遠藤　直人 1巻75号 , 2019年4月 , pp.63-66

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はじめに

　人工知能による医療画像の診断は，畳み込みニューラルネットワーク（convolutional neural network：CNN）という手法が用いられている^1）．骨折の診断は，2017年にOlczakらによって初めて報告された^2）．彼らは，足関節および手関節のX線像を読影させ，83％の正診率を得たと報告している．その後，2018年に手関節骨折^3），上腕骨近位端骨折の報告がなされ^4），後者においては96％の正診率にまで達した．われわれは，大腿骨転子部骨折のX線像をVisual Geometry Group 16-layer（VGG16）モデルを用いて読影させ，95.5％の正診率を達成した^5）．この正診率は，整形外科医による正診率92.2％に匹敵する値であった．本稿では，VGG19モデルにおいても解析を加え^6），人工知能による骨折診断の概観を論述することを目的とした．

3．ウェアラブルデバイスを用いた評価

腰椎疾患患者の病態ならびに治療効果の新しい評価法 -――ウェアラブル端末を用いた客観的次世代解析井上　雅寛 , 折田　純久 , 稲毛　一秀 , 志賀　康浩 , 大鳥　精司 1巻75号 , 2019年4月 , pp.67-69

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はじめに

　腰痛は国民愁訴の最多を占める愁訴であり，その病態を正確に把握，解析していくことは重要である．腰椎疾患患者の状態や治療効果の評価として，現在Japanese Orthopaedic Association Back Pain Evaluation Questionnaire（JOABPEQ）などの患者立脚型アウトカム評価が広く用いられているが，主観的評価では腰痛が患者の日常生活動作（ADL）に及ぼす影響や，治療前後のADLの推移を評価することには限界がある^1）．このような背景から，われわれは腰痛疾患の病態を把握解析するために日常生活動作を客観的に収集蓄積できる腕時計型ウェアラブル端末装置を用いて評価を行ってきた．本項では，ウェアラブル端末の特徴ならびに，ウェアラブル端末を応用した腰痛患者における体動量評価について報告する．

スマートウォッチを用いた振り子運動の定量的解析とその可能性安井　謙二 , 堀瀬　友貴 , 内山　英昭 , 正宗　賢 , 岡崎　賢 1巻75号 , 2019年4月 , pp.70-72

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はじめに

　振り子運動はCodmanのstooping exercise^1）を応用する方法として知られる（図1）．自然な前傾姿勢で患側上肢は下垂させたまま体幹と下肢を前後，左右に回旋させると，患肢は自然と振り子様に動かされるため，肩峰下への負荷を避けながら肩関節周囲の軟部組織へのストレッチ効果を生むと考えられる．すなわち肩関節に痛みと筋緊張を生じるむやみな運動は慎まねばならない^2）．

　しかし，振り子運動の正確性の判断は各自の主観や経験に左右され，また著名かつ手軽であることから安易に紹介され，本来の原理からはずれた感覚的，主観的，恣意的な努力性の運動模倣も散見される．

　そこで，一般外来現場で行われる振り子運動の指導方法で，実際に振り子運動が実践できているか否かを定量的に解析するため，動体の位置と姿勢の速度変化を計測可能な慣性センサ（図2）の内蔵されたスマートウォッチ（図3）を利用した簡易な運動計測法を開発し，振り子運動と力学上の振り子の原理との差異解析を行った．

メガネ型ウェアラブルセンサの開発と整形外科領域への応用橋本　健史 1巻75号 , 2019年4月 , pp.73-76

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はじめに

　動作解析は，これまで，反射マーカーを身体に貼付して用いるモーションキャプチャシステム（motion capture：MC）や床反力計が主に用いられてきた．MCや床反力計は，非常に正確な測定ができる反面，多数のカメラと一定の歩行路が必要で，固定された測定場所において行わざるをえず，携帯性はなく，どこでも測定できるわけではない．また，操作やデータ解析が非常にむずかしく，さらに高価で，だれでも気軽に利用できるわけではない．

　最近，ランニングフォームとスポーツ障害の関係について調べたいくつかの報告がなされている．股関節に関しては，過大なpeak hip adductionなどがスポーツ障害に関係すると報告された^1）．膝関節に関しては，過大なpeak knee adduction^2），peak knee internal rotation^1）などがスポーツ障害に関係すると報告された．足関節に関しては，過大なpeak ankle eversionなどが報告された^3,4）．これらのランニングフォームの解析は，ランニング障害予防につながる可能性をもつことが予想され，きわめて重要なことと認識されてきている．

　最近，一般的に，ロコモティブシンドロームやメタボリックシンドローム予防のためのウォーキングが盛んとなってきている．ただ，歩行時において異常な歩行フォームが存在することがわかっており，この歩行パターンがさまざまな障害を引き起こす可能性がある^5）．

　もし，だれでも簡単に使用でき，データ解析も自動でできるような携帯型の安価なセンサを利用できれば，アスリートにとってはスポーツ障害を引き起こすような危険なフォームを早期発見し，フォームを矯正することによってスポーツ障害を予防できる可能性がある．また，一般の人々にとっても，安全なウォーキングを行い，健康寿命の延伸につながる可能性があるといえる．

　われわれは，この目的を達成するために，新しいウェアラブルセンサ（wearable sensor：WS）を企業（JINS社）と共同開発した．本稿では，歩行時の異常ウォーキングフォームをリアルタイムで認識する試みについて述べる．

4．形態評価

EOSを用いた変形性股関節症患者に対する三次元的な脊椎，骨盤，下肢アライメントの評価崔　賢民 , 小林　大悟 , 渡辺　慎太郎 , 稲葉　裕 1巻75号 , 2019年4月 , pp.77-82

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はじめに―EOSについて

　医学の発展において，画像診断装置の進歩は欠かせない要因の一つである．1895年に発見されたX線は，さまざまな医療分野に革命的な進歩をもたらすとともに，今日でももっとも汎用される医療診断技術であり，整形外科医療においてX線像は，骨折や腫瘍の診断のみでなく，骨の変形や関節のアライメントの評価に欠かせない存在である．その後のCTやMRI装置の開発は，体内深部の複雑な解剖の三次元的な評価を可能とした．しかし，X線撮影は管球から離れた位置では等尺が変化することや三次元的な評価が困難であること，CTやMRIは基本的に臥位での撮影となるため立位での機能的な評価が困難であるという欠点が存在する．またX線被曝は合理的にできるだけ低く抑える必要があり，被曝量を低減できる医療診断装置が望まれる．

　SterEOSイメージングシステム（EOS imaging社）は，荷重時や坐位における脊椎，骨盤，下肢アライメントの三次元的評価が可能な低被曝画像診断装置であり，患者の骨形態だけでなく機能的なアライメントの正確な評価が可能である（図1）．1992年にノーベル物理学賞を受賞した粒子検出器（多線式比例計数管）を応用しており，散乱X線を抑制しつつ高感度で画像が獲得できるため，全身の鮮明な撮影画像を拡大などの歪みが少なく評価できる点（図1），荷重下における全身アライメントの三次元的な正確な評価が高い再現性をもって可能である点^1～5），また低被曝線量での撮影が可能であるため，経時的な全身の三次元的な評価が被曝による健康被害を最小限にしながら可能である点^6,7）が大きな特徴である．EOSで撮影した二方向全身X線像は，専用のソフトウェアであるsterEOSワークステーション（EOS imaging社）を使用して全身の脊椎，骨盤，大腿骨，下腿の3D再構成画像を作成し，100以上のさまざまなパラメータを計測することが可能であり（表1，図2），さらに，これらのパラメータは計測の基準面を解剖学的および機能的基準面にわけて設定し計測することが可能である（図2）．また変形性股関節症（変股症）患者におけるEOSの利点は，前述した特徴に加えて，金属ハレーションの影響を受けずに姿勢の評価やインプラント設置角の評価を正確に行えることである．

　現在われわれは，変股症患者に対して，人工股関節全置換術（THA）術前後にsterEOSイメージングシステムを用いた立位と坐位での脊椎，骨盤，下肢アライメントの三次元的評価を行っており，その有用性に関して報告する．

トモシンセシスの原理と整形外科領域への応用佐々木　源 , 渡部　欣忍 , 豊岡　青海 , 安井　洋一 , 増田　裕也 , 河野　博隆 1巻75号 , 2019年4月 , pp.83-87

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はじめに

　トモシンセシスの原理は1930年代に報告されていたが，技術的な困難が多くほとんど普及しなかった．その後，フラットパネル検出器（flat panel detector：FPD）の登場と画像再構成技術の進歩によりトモシンセシスは発展し，現在はデジタルトモシンセシスとして各専門科において多様な部位の画像検査に応用されている^1）．トモシンセシスは，短い撮影時間と低い被曝線量で高精細な多断層画像を得ることが可能である．それに加えて金属アーチファクトを低減でき，なおかつ立位や荷重位など任意の姿勢での撮影ができるので，整形外科領域において正確な評価のために有用なツールである．

　当大学では，2009年にX線像のフィルムレス化とともに，17×17インチの直接変換方式FPD搭載のX線TVシステム（SONIALVISION safire，島津製作所）を導入した．以後，当科では難治骨折領域を中心にトモシンセシスによる画像評価を行ってきた．本稿では，トモシンセシスの撮影原理と整形外科領域での具体的活用例を示す．

3Dデプスセンサを用いた脊柱側弯症に対する自動診断支援技術の開発須藤　英毅 , 小甲　晃史 , 安倍　雄一郎 , 岩田　玲 , 岩崎　倫政 , 金井　理 1巻75号 , 2019年4月 , pp.88-90

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はじめに

　脊柱側弯症は思春期女児の発症頻度が高く，進行すると手術治療を要する．このため日本では，学校保健安全法に基づく学校検診における運動器検診の筆頭項目として側弯症検診が実施されている．一方で，発見率の地域差や学校医の負担が課題となっている．われわれは，市販の三次元（3D）デプスセンサで背表面を計測し左右非対称形状を評価することで脊柱側弯症の徴候を短時間，高感度に検出できる診断支援システムを開発したので紹介する．

5．動的評価

Model-based image-matching法を用いた運動解析古賀　英之 1巻75号 , 2019年4月 , pp.91-95

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はじめに

　近年，スポーツ傷害の予防の重要性が認識されはじめ，スポーツ傷害予防研究への注目は年々高まっている．前十字靱帯（anterior cruciate ligament：ACL）損傷は手術を要する膝関節スポーツ傷害の中でもっとも多い．近年のACL再建術の進歩に伴い短期的には手術により良好な結果が得られるようになったが，スポーツ復帰にはいまだに長期間を要し，また長期的にはACL再建術は変形性膝関節症への進行を予防できないとの報告もある．そのため，ACL損傷，特に介入可能である非接触性損傷に対する予防法の確立が望まれており，その受傷メカニズムの解明は予防法を考えるうえで欠かせない大事なステップである．

　受傷メカニズムの研究方法にはさまざまなアプローチがある．その中でも，受傷シーンのビデオ解析は実際の受傷時のバイオメカニカルな情報を得ることができる唯一の方法であるが，これまでその方法は単純な視覚的分析（ビデオをコマ送りしながら受傷シーンの状況の分析や関節角度の推定を行う方法）に限られていた．しかし，視覚的分析による関節角度の推定はもっとも容易と思われる膝関節の屈曲角度においてさえかなりの誤差があることが示されており，また損傷のタイミングの推定は困難であること，低画質のビデオでは分析がさらに制限されることから，より精度の高いビデオ解析方法の開発が必要とされていた^1）．

　そこでわれわれは，単純な視覚的分析にかわる新たなビデオ解析のアプローチとして，コンピュータグラフィックソフトウェアであるPoser（Curious Labs社）を用いたmodel-based image-matching（MBIM）法を開発した．この方法は，複数のビデオカメラから撮影された実際の受傷シーンのビデオを背景として用い，背景のビデオに三次元モデルをマッチさせることにより三次元的なキネマティクスを推定する，というものである．表面マーカーを用いた動作解析をゴールドスタンダードとしてこの方法の妥当性を検討したところ，2方向以上の撮影で行った解析におけるroot mean square differenceは膝屈曲/伸展で10°以下，膝内外反で6°以下，膝内外旋で11°以下，質量中心速度で0.3m/s以下と，単純な視覚的分析よりもはるかに正確な三次元情報を得ることができた^2）．そこでわれわれは，MBIM法を実際の非接触性ACL損傷の受傷シーンのビデオ解析に応用し，受傷メカニズムの詳細な解析を試みた．

三次元動作解析装置を用いたpoint cluster techniqueとその臨床応用大見　武弘 , 相澤　純也 , 山田　拓実 , 大川　淳 , 柳下　和慶 1巻75号 , 2019年4月 , pp.96-99

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はじめに

　動作解析は，整形外科やリハビリテーションの領域における主要な評価，研究法の一つである．動作解析には，運動の変化を推定する運動学的解析と，運動に伴う力の変化を推定する運動力学的解析がある．さまざまな動作における運動や力の計測，分析は，メカニカルストレス推定による外傷，障害リスク分析や，リハビリテーションの効果判定およびゴール設定に役立ち，さまざまな臨床的意義がある．

　動作解析の手法の一つとして，体表マーカーを用いるものがあげられる．体表マーカーの中でも反射マーカーを用いた動作解析法は，焦点の長い赤外線カメラを複数台用いることで，広い計測スペースを設けられる．歩行では複数の歩行周期の解析が可能であり，ランニングやジャンプ着地などの移動範囲が比較的大きいスポーツ動作の解析にも適している．反射マーカーを用いた三次元動作解析のデメリットは，赤外線カメラが高価であることと，骨指標上に貼付したマーカーの皮膚や着衣のずれによる誤差が生じうることである．本稿では，マーカーのずれによる計測誤差を解決する方法の一つであるpoint cluster technique（PCT）の原理をまとめたうえで，研究例を提示しながら臨床応用について述べる．

電磁気センサを用いた関節運動の動的評価星野　祐一 , 荒木　大輔 , 神崎　至幸 , 松下　雄彦 , 黒田　良祐 1巻75号 , 2019年4月 , pp.100-103

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はじめに

　関節の動きの評価は，整形外科の特に関節に関わる診療において非常に重要である．靱帯損傷をはじめとしたさまざまな外傷，障害によって生じる関節の異常な運動は即時的かつ複雑な場合があり，画像による評価や従来からの静力学的な評価ではその病的な運動を十分にとらえきれないことがある．それらの異常運動を検出し，比較検討するためには，やはり素早い動きを正確に捉える動的な評価が必要と考えられる．昨今のセンサリング技術の進歩によって臨床で使用可能な関節運動の動的評価システムが構築可能となってきているが，ここではわれわれが長く取り組んできた電磁気システムを用いた膝関節運動の動的評価方法の開発と臨床応用に関して報告する．

後方安定型人工膝関節の階段昇り動作におけるポスト前方インピンジメント -――動態解析による検討渡邊　敏文 , 神野　哲也 , 大川　淳 1巻75号 , 2019年4月 , pp.104-107

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はじめに

　後方安定（posterior stabilized：PS）型人工膝関節を用いた人工膝関節全置換術（TKA）後の平地や階段歩行において，ポスト前方と大腿骨コンポーネントのノッチ部分のインピンジメントが起こることが知られている^1～3）．予期しない前方インピンジメントはポストの摩耗を生じ，ポストの折損にいたる可能性もある^4,5）．前方インピンジメントの原因としては，インプラントの過伸展や大腿骨の後方移動，膝関節の前後の緩みなどが考えられ，脛骨コンポーネント後傾角度が大きいことも一因として報告されている^1）．

　階段昇降は日常生活上，重要な動作の一つであり，TKA術後の満足度向上のためにも重要で，キネマティクスの研究も行われているが，ポスト前方インピンジメントを扱った報告は少ない^1,3,6）．また，ポスト前方インピンジメントと膝キネマティクスや患者立脚型評価の関連については十分に研究されていない．

　本研究の目的は，われわれが使用している深屈曲PS型の人工膝関節において，階段昇り動作時のポスト前方インピンジメントの有無を三次元的に評価し，インピンジメントの発生頻度とタイミング，およびインピンジメントに関連するキネマティクスとその他の要因を明らかにすることである．

2D-3Dマッチングを用いた肩甲骨三次元動態解析 -――術後リハビリテーションへの臨床応用を目指して池淵　充彦 , 箕田　行秀 , 中村　博亮 , 中土　保 , 中島　重義 1巻75号 , 2019年4月 , pp.108-111

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　肩関節は，肩甲上腕関節と生理学的関節である肩甲胸郭関節から構成される．肩関節に対するリハビリテーションにおいては，肩甲上腕関節の可動性のみならず，肩甲胸郭関節の可動性，すなわち肩甲骨の可動性が重要視される．しかし，肩甲骨は胸郭という曲面上で運動を行っているうえ，皮膚，軟部組織，筋組織が層状に被覆しており，肩甲骨運動の把握は医療従事者の触診，視診によって，主観的かつ経験的に行われているのが現状である．

　2D-3Dマッチング法は，ある物体から得られたX線像などの二次元データと，三次元データから作成された投射像などの二次元データとを重ね合わせることで，3軸方向の距離と角度の計測を可能とする手法である．コンピュータ支援ナビゲーションシステムや関節の三次元動態解析において，広く使われている手法である．

　われわれは以前より，この2D-3Dマッチング法を用いて関節運動の三次元動態解析を行ってきた．今回これを応用し，肩甲骨の三次元動態解析手法の開発を試み，一定の成果を得たのでこれを報告する．

成人脊柱変形（首下がりと腰椎変性後側弯）に対する三次元歩行動作解析を用いた全脊柱アライメントの動的評価三浦　紘世 , 門根　秀樹 , 國府田　正雄 , 山崎　正志 1巻75号 , 2019年4月 , pp.112-116

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はじめに

　首下がりや腰椎変性後側弯症は，成人において脊柱が変形をきたす疾患であり，その評価には立位全脊椎単純X線像を用いたアライメントの評価がゴールドスタンダードとなっている．しかし，日常の診療において，これらの脊柱変形疾患では立位保持や歩行など動的要素により前方注視や姿勢保持が困難となる愁訴をしばしば経験する．一時の姿勢の静的な評価にすぎない立位全脊椎単純X線像だけでは動的要素の評価が不十分である可能性がある．そこで，筆者らは，三次元動作解析を用いた歩行解析が有用であると考え，まず健常成人に対して行い解析手法を確立し^1），現在は脊柱の変形をきたしたさまざまな症例に対して，動的な評価を試みている^2,3）．本稿では，首下がりと腰椎変性後側弯症に対する三次元歩行動作解析を用いた動的な脊柱バランスの評価について論述する．

6．コンピュータを用いた病態，手術の生体力学解析

CT有限要素法を用いた大腿骨の生体力学解析王　耀東 , 大川　淳 1巻75号 , 2019年4月 , pp.117-120

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はじめに

　有限要素法は，建築の構造力学解析やタイヤの摩擦解析などの工業分野で発展した力学解析法である．近年では，医療分野の生体力学解析にも応用されており，整形外科領域ではCT有限要素解析（CT-based finite element analysis：CT/FEA）が用いられることが多い．CT/FEAは，CTデータからスライスごとに抽出した関心領域（region of interest：ROI）をもとに三次元骨モデルをコンピュータ上に作成し，骨の形態と構造と力学特性に骨密度を加味した三次元FEAモデルに変換した後に荷重拘束条件を設定することで，生体内では実現不可能な患者固有の力学解析が行える手法である^1）．四面体（三角錐）などの形状のソリッド要素を用いて，三角形などのシェル要素を皮質骨の外表面に適用した三次元有限要素モデルを作成し，物理定数を任意に設定した生体力学解析をシミュレーションすることができる．本稿では，わが国でシェアが高いMECHANICAL FINDER（計算力学研究センター社）を用いて当科で行っている大腿骨のCT/FEAを紹介する．

三次元画像解析システムを用いた脊椎手術支援小谷　俊明 , 園田　優 , 佐久間　毅 , 中山　敬太 , 飯島　靖 , 南　昌平 1巻75号 , 2019年4月 , pp.121-124

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はじめに

　脊椎は三次元的に複雑であり，二次元画像では理解が困難であることがある．近年，CTデータを用いて三次元画像を作成し，加工処理することができる画像解析ソフトウェアが使用されている．われわれは脊椎手術の術前支援としてSynapse Vincentを日常の臨床で使用しているので報告する．

整形外科診療における最先端技術　Ⅱ．手術シミュレーション，手術教育

上腕骨小頭離断性骨軟骨炎に対するMRI，CTの三次元合成画像を用いた術前評価と手術計画神山　翔 , 西浦　康正 , 原　友紀 , 小川　健 , 山崎　正志 1巻75号 , 2019年4月 , pp.126-129

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はじめに

　上腕骨小頭離断性骨軟骨炎［osteochondritis dissecans of the humeral capitellum（以下，上腕骨小頭OCD）］は，成長期野球選手に多いスポーツ障害であり，関節内骨軟骨病変である^1）．治療方法の選択には，病変の正確かつ詳細な評価が必要で，特に病変の不安定性，大きさ，部位が重視されている^1）．しかしMRIあるいはCT検査を行っても十分な評価が困難な場合がある．また手術を行う際にも術中所見で判断することになる場合が多く，関節面の再建を行うにしても，術中所見から骨軟骨片の大きさと移植部位を決定せざるをえない^1）．そこでわれわれは，病変部の三次元的かつ正確な画像を構築できれば，詳細な術前評価と手術計画に有用であろうと考えた．そして，CTとMRIを行い，それぞれのデータから作成した3Dモデルから3D MRI-CT合成画像を作成する手法を開発した．今回，3D MRI-CT合成画像を用いたOCD病変評価と手術計画の実際を紹介し，作成した画像と術中所見との整合性を検討したので報告する．

関節窩骨欠損症例に対するリバース型人工肩関節全置換術と3Dプリンタを用いた関節窩再建計画の工夫安井　謙二 , 堀瀬　友貴 , 正宗　賢 , 岡崎　賢 1巻75号 , 2019年4月 , pp.130-133

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はじめに

　リバース型人工肩関節全置換術（reverse shoulder arthroplasty：RSA）は，主に腱板がすでに機能しない肩に使用されるが，あわせて関節破壊を合併した症例にも適応とされる．

　肩甲骨関節窩の大きな骨欠損例に対するRSAでも，手術は正しい位置への安定したベースプレート固定とグレノスフィア設置が基本であり，その前提として適切な骨移植術が手術の成否を左右する．しかし，複雑な骨形態例や，金属インプラントが既存する症例では，術前に採骨イメージに苦労し，術中も穏便に進捗しない恐れがある．そこでわれわれは，著しい関節窩骨欠損症例に対して，3Dプリンタを用いて術前に骨形態を把握し，歯科用弾性卸素材で移植骨を模して関節窩再建の一助としたので，その工夫と経過について報告する．

人工膝関節全置換術におけるvirtual surgeryによる手術手技の検討水内　秀城 , 牛尾　哲郎 , 馬　源 , 中島　康晴 1巻75号 , 2019年4月 , pp.134-139

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はじめに

　人工膝関節全置換術（total knee arthroplasty：TKA）は，デザイン，材質などの向上により，10～15年間の術後成績が90％以上という成績の安定した術式の一つとなったが^1），手術手技に関してはいまだ解決すべき問題が多い．実際の術中では良好なアライメントと適切な靱帯バランスを獲得する過程で悩む状況が多く，それ故にTKAは小さな落とし穴がたくさん存在する手術である．手術手技を検討するにあたって，X線やスコアを用いる方法は術前状態・合併症のため，手術手技単独の評価は困難であり，術者が仮説を立て前向きに実際症例の検討を行うことも倫理的な問題などのため現実的でないことが多い．Virtual surgeryは，その名のとおり三次元骨モデルを用いてコンピュータ上で手術シミュレーションを行うものである．任意の骨切りやインプラント設置はもちろんのこと，どの視点からも三次元的に状況を確認できるため，個々の症例にあった純粋な手術手技の検討が可能である．当科ではvirtual surgeryを用いて，目標とする骨切り，インプラント設置の実施についてさまざまな検討を行い^2～5），得られた結果を実際の臨床に応用してきた^6,7）．本稿では，特に正確な設置が困難とされる脛骨コンポーネントの回旋設置について2つの研究を紹介する．

フリーソフトウェアによる画像支援，シミュレーション進　訓央 , 松浦　恒明 , 兼川　雄次 , 板宮　朋基 1巻75号 , 2019年4月 , pp.140-144

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はじめに

　近年，デバイスの進化により，立体画像，シミュレーションは格段の進歩をとげている．しかし，これらのデバイスは高額であるため，どの施設でも入手可能ではない．これに対し，さまざまなフリーソフトウェア（ソフト）も入手可能となり，誰もが自分のパソコンで手術のシミュレーションや仮想現実（virtual reality：VR），拡張現実（augmented reality：AR）画像を作成することが可能である．

バーチャルリアリティシミュレータによる膝関節鏡手術手技トレーニング忽那　辰彦 , 日野　和典 , 清松　悠 , 渡森　一光 , 三浦　裕正 1巻75号 , 2019年4月 , pp.145-148

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はじめに

　整形外科領域における医療技術の進歩はめざましく，常にわれわれは知識を深め技術を磨き続ける必要がある．これまでの手術教育は，解剖や手術器具などの知識を学び，手術見学や助手を通して基本的手技を習得したのち，術者として手術経験を積み重ね徐々に進歩していく，経験に基づく手法で進められてきた．ある程度の経験を有する術者が手技の精度を深めるには現在でも重要なプロセスであるが，手術経験の少ない術者が未熟な手技で試行錯誤的に手術にのぞめば，術中，術後合併症など医療事故の発生も危惧される^1）．特に内視鏡手術は，二次元モニタからの情報で三次元的な立体構築を予測して手術を進める必要があり，手術見学や助手を繰り返すだけでは技術の向上がむずかしい領域で，手術未経験者による基本手技の習得には手術室外での手術トレーニングが推奨されている^2）．近年，カダバー，骨モデル，プラスチックモデル，動物モデルやバーチャルリアリティ手術シミュレータによる手術室外での手術トレーニングが注目され，手術経験の少ない外科医に対する手術トレーニングとして多くの領域でその有用性が認識されている^3）．

　われわれは，バーチャルリアリティ膝関節鏡手術シミュレータ（以下，VRシミュレータ）を使用し，医学生，研修医に対して手術トレーニングを実施している．本稿では，VRシミュレータによる手術トレーニングの紹介と，トレーニング後実施したアンケート調査結果を報告する．

整形外科診療における最先端技術　Ⅲ．手術支援

1．ナビゲーション

人工股関節全置換術におけるCT-based navigation systemの有用性 -――肥満患者に対しても同様の精度で設置可能である今井　教雄 , 田窪　良太 , 島田　勇人 , 鈴木　勇人 , 宮坂　大 , 遠藤　直人 1巻75号 , 2019年4月 , pp.150-152

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　肥満患者に対する人工股関節全置換術（THA）は，手術時間の遅延やカップ設置位置不良による脱臼，ポリエチレンライナーの摩耗などの合併症が生じやすいと報告されている^1～5）．Barrackらは，多変量解析によりカップ設置位置不良の要因がbody mass index（BMI）30kg/m²以上であり，5kg/m²ごとにオッズ比が0.2ずつ増加すると報告した^6）．われわれが渉猟したかぎりでは，肥満患者に対するCT-based navigation（CTナビ）併用THAでのカップ設置不良が生じるBMIに関する危険因子は報告されていない．

　本研究の目的は，CTナビ併用THAのカップ設置精度を計測し，肥満者に対しても非肥満者と同等の設置精度であるか否かを調査することである．

簡易ナビゲーションシステム，下肢牽引手術台を併用した仰臥位前外側進入関節包靱帯温存人工股関節全置換術の手術手技金治　有彦 , 大矢　昭仁 , 小川　亮 , 二木　康夫 , 中村　雅也 , 松本　守雄 1巻75号 , 2019年4月 , pp.153-156

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はじめに

　1998年のCrockettらによる提唱以来，患者の肉体的，社会的負担を軽減しようとする試みとして筋温存型人工股関節全置換術（minimally invasive total hip arthroplasty：MIS-THA）が臼蓋形成不全股の多い本邦においても広く施行されている^1～6）．前方系進入によるMIS-THAの際には一般的に関節包切除が行われるが，関節包には股関節安定性に寄与する腸骨大腿靱帯（垂直束，水平束），恥骨大腿靱帯，坐骨大腿靱帯が存在することに注意すべきである．若年者で活動性が高く脱臼リスクが高い症例で，脚長差がないために脚延長が困難なTHAの場合には，関節包を切除すると関節不安定性悪化により脱臼が生じる可能性がある．その一方で，関節包靱帯温存手技を用いたTHAでは従来法に比して関節安定性の高い手術が可能であるものの，術中視野の確保が困難であるためカップ設置不良などの合併症発生リスクや過度の手術時間延長などの懸念も生じうる．そこで当科では，簡易ナビゲーションシステム［portable navigation（PN）, HipAlign（OrthAlign社）］（図1），下肢牽引手術台（Hana table；ミズホ社）［図2］を併用しつつ関節包靱帯（腸骨大腿靱帯垂直束，恥骨大腿靱帯，坐骨大腿靱帯）温存THAを施行しているため，その実際の手術手技と短期成績について述べる．

ポータブルナビゲーションシステムを用いた人工膝関節全置換術における骨切り精度の検討中原　寛之 , 糸川　高史 1巻75号 , 2019年4月 , pp.157-160

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はじめに

　人工膝関節全置換術（TKA）において，下肢アライメントは術後成績に影響するため，より正確に骨切りを行うことが重要である．従来のロッドを用いた手法よりも，ナビゲーションシステムは骨切りの精度を向上させることが知られている．われわれの施設では，TKA時にポータブルナビゲーションシステム（KneeAlign 2, OrthAlign社）を可能なかぎり使用している．今回，冠状面における骨切りの精度を評価したため報告する．

Image-free navigationを利用した膝前十字靱帯再建時の膝安定性評価中前　敦雄 , 安達　伸生 1巻75号 , 2019年4月 , pp.161-164

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はじめに

　膝前十字靱帯（ACL）損傷は80～90％がスポーツ活動中に発生し，スポーツ外傷の中でももっとも大きな問題の一つである．ACL損傷の場合，保存的治療により良好な機能を得るまで回復することはまれである．そのため，今後もスポーツ活動を行う例や日常生活で膝不安定感がある例，半月板損傷がある例では手術が必要になる．また活動性がまだ高い年齢層の場合，上記症状などがなくても今後の半月板損傷や膝関節不安定性の出現を抑制する観点などから手術がすすめられることも多い．

　近年のACL再建術においては，1束再建の場合でも2重束再建の場合でも，大腿骨，脛骨の解剖学的な靱帯付着部に骨孔を作製することに主眼がおかれている．しかし，ACLに関する十分な知識と経験がないと，解剖学的に正しい位置に骨孔をコンスタントに作製することは困難である．この問題に対し，ACL再建においてナビゲーションシステムを使用する施設がみられるようになっている．ナビゲーションシステムは，術中に大腿骨と脛骨の骨孔位置情報を術者に画面で視覚的に，さらに距離などを数値として提供できるため，この器機の使用により正確な位置に骨孔を作製できるとされている^1,2）．

2．Patient specific guide

脊椎椎弓根スクリュー挿入用のpatient specific templateの設計と臨床評価竹本　充 , 大槻　文悟 , 藤林　俊介 , 松田　秀一 1巻75号 , 2019年4月 , pp.165-169

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はじめに

　近年，簡便な脊椎椎弓根スクリュー（PS）挿入支援器機として，患者個々の椎弓の形状に適合するように設計され三次元積層造形技術により造形したガイドテンプレート，いわゆるpatient specific template（PST）の報告が増加している^1～9）．本稿では，われわれが開発したPS挿入用チタン製PSTの設計手法と臨床試験結果を紹介する．

前腕変形治癒に対するチタン製カスタムメイド骨切りガイドの治療経験清水　優 , 藤林　俊介 , 竹本　充 , 池口　良輔 , 大槻　文吾 , 松田　秀一 1巻75号 , 2019年4月 , pp.170-175

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はじめに

　整形外科治療において，先天性疾患や外傷，あるいは加齢などにより高度に変形した骨を矯正する手術が必要となることがある．その際，まず変形した骨を切断分割し，分割された骨の位置関係を変えて正常状態に矯正後，内固定材で固定する（矯正骨切り固定術）．この手術では正確な矯正と強固な内固定が術後成績を左右するが，2方向からの単純X線像で作図を行いマニュアルで手術を行う従来の方法では，特に回旋変形の正確性に検討の余地があった^1,2）．

　そのため，手術を正確に行うための手法として，患者のCTデータからコンピュータプログラム上で3D骨モデルを作成し手術をシミュレーションする方法が用いられるようになってきている．これにより三次元的な変形の矯正方向を認識し，実際に手術を行う際に重要な解剖学的特徴点を意識することが可能となった．数々の画像処理ソフトの開発に伴い，すでに一般化されつつある．

　また，高精度な3Dプリンタの開発，普及に伴い，患者の骨形状にフィットするようなカスタムメイドガイドが開発されてきた．この手法をシミュレーションと組み合わせることで計画どおりの手術を行うことが可能となり，術後の成績を改善することが期待されている^3,4）．

　われわれも以前から三次元積層造形法の一種であるチタン粉末焼結積層造形法（selective laser melting法）を用いて，側弯症や脊椎再手術例での椎弓根スクリュー刺入^5,6），股関節の骨切り術^7），膝関節周囲骨切り術や前弯，手指変形治癒などにチタン製カスタムメイドガイドを作成し臨床使用してきている．

　本稿では，臨床上遭遇しやすい前腕骨変形治癒に対する矯正骨切り術に焦点をあてて，各代表症例に対する手術手技ならびに京都大学式骨切りカスタムガイドの特徴を述べる．

3Dプリンタを利用したpatient specific instrumentationにおけるデザインの工夫とセット化 -――寛骨臼回転骨切り術，大腿骨前方回転骨切り術，大腿骨弯曲内反骨切り術編高田　秀夫 , 中村　琢哉 1巻75号 , 2019年4月 , pp.176-180

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　3Dプリンタはさまざまな分野で使用されているが，医療分野でも使用が拡大してきている．整形外科分野ではpatient specific instrumentation（PSI）として，人工膝関節置換術と上腕，前腕の変形治癒骨折矯正手術においてすでに保険収載されている．そのほかの部位では人工股関節全置換術や寛骨臼回転骨切り術，大腿骨回転骨切り術での応用が報告されている．ただし，従来のほとんどのガイドが1ピースで位置決めから骨切りまでを行うデザインであり，ガイドそのものが大きいため，術野での操作性がわるいことが多かった．また，軟部組織の剥離が不十分でガイドが浮いてしまい，予定の骨切り面からずれてしまうことや骨切り前に気がついても微調整する方法がないなどの問題点があった．われわれは，複数のパーツを組み合わせることで，これらの問題点を改善した．

3．術中画像支援

ハイブリッド手術室における骨盤輪，寛骨臼骨折に対する低侵襲スクリュー固定術仲宗根　哲 , 石原　昌人 , 仲宗根　素子 , 金谷　文則 , 高江洲　美香 , 宮田　佳英 1巻75号 , 2019年4月 , pp.181-185

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　骨盤骨折に対する手術的治療は侵襲が大きく，合併症の頻度が高いため，転位の小さい骨盤骨折に対してはしばしば保存的治療が行われてきた．しかし，癒合不全による疼痛の残存や長期臥床によるADL低下が問題となり，後に手術による内固定を必要とする場合がある．骨盤骨折に対する透視下の経皮的スクリュー固定術は低侵襲で有用だが，骨盤周囲には神経血管が近接し，スクリューの挿入には細心の注意が必要である．骨盤輪骨折における従来のX線透視下での経皮的スクリュー固定術の報告は散見され^1～4），スクリュー挿入の安全域が狭く，スクリュー設置不良は10～60％で，特に1～7％に神経障害を起こしうると報告されている．

　一方，ハイブリッド手術室は，手術テーブルと据置き型X線透視装置が設置された手術室であり，主に脳神経外科や心臓血管外科などが外科的手術とカテーテル治療を同時にあるいは単独に，安全かつ迅速に行うために開発された．本邦では2006年に慈恵会医科大学が先駆けて導入し，2013年に経カテーテル的大動脈弁植込み術（transcatheter aortic valve implantation：TAVI）が保険収載されて以降，急速に設置が進んでいる^5）．Siemens Healthcare社のハイブリッド手術室は，2018年11月現在では全国でおおよそ120室に導入されており（図1），他社（フィリップス社，GE社，キヤノンメディカル社）を含めると200台を超えるハイブリッド手術室があると思われる．ハイブリッド手術室の据置き型X線透視装置は，最大撮影範囲（field of view：FOV）が約19インチ（48cm）と広く，高精細なフラットパネルディテクタにより歪みのない良質な透視画像が得られる．また，X線透過性の手術テーブルの位置を認識し，術中のリアルタイムCアームコーンビームCT（CアームCBCT）撮影が可能である．隣接するワークステーションでは，CアームCBCT画像（3D画像）とリアルタイムの透視画像（2D画像）を重ね合わせる機能を使用し，術中透視画像を確認しながらのデバイスのナビゲーションが可能である（2D/3Dナビゲーション）^6～8）．

　2D/3Dナビゲーションの一つであるsyngo Needle Guidance（Siemens Healthcare社）は，3D画像データを用いた針生検用のアプリケーションで，体の深部にある病変に対して，体表からの直線ルートの軌跡を描出し，術中透視画像に重ね合わせることで透視下の針生検のナビゲーションができる^9～11）．放射線透視装置は手術テーブル位置を認識しているので，透視装置の角度を変えると3D骨モデル上の術前計画の軌跡が連動し，透視画像に追従したナビゲーションの軌跡が描出される．われわれは，このアプリケーションを用いて転位の小さい骨盤輪骨折，寛骨臼骨折に対して中空スクリュー（cannulated cancellous screw：CCS）のガイドワイヤの骨刺入点と終点を結ぶ軌跡を計画し，ハイブリッド手術室での経皮的スクリュー固定術の成績について検討した．

術中MRIを用いた骨・軟部腫瘍手術への新たな試み古田　太輔 , 久保　忠彦 , 作田　智彦 , 齋藤　太一 , 安達　伸生 1巻75号 , 2019年4月 , pp.186-189

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はじめに

　掻骨巨細胞腫は良性腫瘍ではあるが，特に局所で活発な新生物であり，切除不十分な場合は約20％という再発率が報告されている^1）．

　近年，骨巨細胞腫に対してRANKリガンド阻害薬であるデノスマブが骨破壊の抑制，骨形成の促進，腫瘍の抑制を目的に保険適用となった．特に脆弱になった関節面に骨形成を促進することにより，関節温存が可能となってきた．一方で，デノスマブ治療により形成された骨化と腫瘍細胞の変性が，手術操作を困難にすることが報告されている．

　今回われわれは，術中MRIを用いることにより，骨形成による掻爬困難で，関節面の損傷の恐れのある部位を確認しながら，安全にかつ可能なかぎり残存腫瘍のない完全腫瘍掻爬を試みた．そして肉眼的に同定困難であった残腫瘍を術中MRIで同定し，安全な切除を可能とした症例を経験したので報告する．

整形外科手術におけるスマートグラス導入の試み平中　崇文 1巻75号 , 2019年4月 , pp.190-193

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はじめに

　医療分野においてウェアラブルデバイスの導入が試みられている．スマートウォッチで脈拍をモニタすることは一般的になっているし，ウェアラブルカメラを使用した報告もなされている．手術を行う際，両手を使いながら操作できるハンズフリーのデバイスは大変有用であり，さまざまな場面での活用が期待できる．

　筆者はなかでもスマートグラスの導入を試みてきた．本稿ではスマートグラスとその臨床での使用例および今後の可能性について述べる．

4．Augmented reality

仮想現実，拡張現実技術を用いた脊椎，脊髄腫瘍切除術の術前計画と手術支援 -――患者個別データに基づいた画像空間認識による腫瘍切除の正確性向上を目指して中西　一義 , 亀井　直輔 , 中前　稔生 , 森迫　泰貴 , 杉本　真樹 , 安達　伸生 1巻75号 , 2019年4月 , pp.194-197

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はじめに

　仮想現実（virtual reality：VR）とは，コンピュータで作り出した仮想の環境を現実であるかのように体感できる技術で，1960年代より多種多様な研究開発が行われている．また，拡張現実（augumented reality：AR）とは，現実環境において視覚，聴覚などの感覚に与えられる情報の一部を仮想的に拡張する技術である^1,2）．これらの技術は2016年にVR関連機器の市販化により急速に普及し，ゲームやカーナビゲーションなど，われわれの生活に広く浸透しつつある．医療分野においても，VRやAR技術は1995年より活用されるようになり，従来から行われてきた画像検査の新たな利用方法に機運が高まっている^3）．

　これまではCTやMRIによる医用画像データから三次元（3D）画像を再構成しても，平面的なモニタで閲覧するのみであったが，VR/AR技術を用いることにより，より直感的に組織や病巣の空間認識力を向上させることができる^4,5）．これまでに手術計画や手術用顕微鏡の視野への投影による手術支援への応用が報告され^3,6～9），脊椎外科領域においてはヘッドマウントディスプレイ（head mount display：HMD）を用いて，椎体形成術や，経皮的椎弓根スクリュー刺入の術中支援に応用され，有用性が報告されている^10,11）．われわれはこの技術を，症例によりさまざまな進展様式を呈する脊椎・脊髄腫瘍切除術の術前計画ならびに術中の確認に応用し，切除の正確性の向上に有用であったので紹介する．

Augmented realityを用いた簡易ナビゲーションシステム小川　博之 , 松原　正明 , 平澤　直之 , 黒坂　健二 1巻75号 , 2019年4月 , pp.198-200

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はじめに

　近年，整形外科分野でもaugmented reality（AR）を使った研究がはじまっているが，臨床研究の報告はほとんどない．われわれはこれまで，ARを用いた人工股関節におけるカップ計測の精度として，radiographic inclination（RI）で2.1°，radiographic anteversion（RA）で2.7°と報告した^1）．

コンピュータテクノロジーを使用した人工膝関節全置換術 -――CTテンプレートによる大腿骨回旋位の決定とaugmented reality手術への応用大島　康史 , 飯澤　典茂 , 眞島　任史 , 高井　信朗 1巻75号 , 2019年4月 , pp.202-205

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はじめに

　末期変形性膝関節症（osteoarthritis：OA）に対する人工膝関節全置換術（total knee arthroplasty：TKA）は，高齢化社会とともに症例数が増加し，日本では年間約7.5万例と報告されている^1）．

　TKAの術後成績やインプラント耐久性には正確な骨切りによるアライメントの再構築と，軟部組織剥離による良好なバランスの再獲得が不可欠であるが，経験豊富な術者が執刀したとしても，従来法では10％以上で下肢アライメントや大腿骨・脛骨インプラントの設置異常を認めることが知られている^2,3）．

　近年，TKAの成績向上やリハビリテーションの効率化を目指し，術前計画や手術手技，術後療法に対するコンピュータテクノロジーの導入が試みられている．本稿では，コンピュータナビゲーションとロボティックテクノロジーを用いたコンピュータ支援手術（computer assisted surgery：CAS）の動向と，現在われわれが行っている大腿骨インプラント回旋決定法ならびに拡張現実（augmented reality：AR）を用いたAR assisted TKA（AR-TKA）の試みを紹介する．

5．その他の手術支援

デジタル圧センサを用いた人工膝関節全置換術関節摺動面圧評価の意義和田　佳三 , 三上　浩 , 西良　浩一 1巻75号 , 2019年4月 , pp.206-209

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はじめに

　われわれは人工膝関節全置換術（total knee arthroplasty：TKA）において，bony gapによる二次元的バランス評価より，インプラント設置後の三次元的動態評価が術後状態に近似すると考え，ナビゲーションシステムを用いたTKA動態解析についての研究を進めてきた^1）．しかし，本手法では脛骨大腿関節間の荷重分布とリフトオフ現象をはじめとする関節摺動面の接触評価に限界があった．

　この問題を解決するために，われわれは関節摺動面の圧測定が可能な圧センサを開発し，関節動態のより詳細な解析を試みたので報告する．

最適な人工股関節全置換術設置を目指して -――軟部バランスについての考察原　俊彦 1巻75号 , 2019年4月 , pp.210-213

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はじめに

　正常股関節の安定性は，骨形態による安定性，軟部組織（靱帯，筋）による安定性，そしてvacuum sealingにより構成されている．健常股関節に人工股関節全置換術（THA）を行った場合，骨頭径の縮小，軟部組織切離，vacuum sealingの破綻などにより解剖学的位置関係を再現できても股関節の安定性は低下する．また変性が生じた症例では軟部の拘縮，弛緩や骨性インピンジなど違いもある．よって，安定しバランスのよい人工股関節を目指すためには，脚長補正を考慮した正確なインプラント設置を行ったうえで手術中に「さじ加減」をする必要がある．この「さじ加減」が軟部バランスの調整と考える．軟部バランスの調整方法として，ネック長調整，回転中心内外方化，脚長調整（ステム，カップ高位），ステムオフセット調整，軟部温存・切離・修復などがあり，これらを適宜組み合わせて最適な状態にする．つまり人工股関節の最適な設置位置は，解剖学的位置関係を正確に再現するものとはいえない．術中軟部緊張を判断する方法としてdropkick test，shuck testなどがあるが，これらは定性的，主観的な指標である．

　THA術前計画では脚長補正を指標としてインプラントサイズ，カップ，ステム設置位置角度を二次元もしくは三次元的に決定するが，われわれの知見ではTHAを施行した症例で大腿骨長左右差が5mm以上異なる症例は12％，脛骨長左右差が5mm以上異なる症例は9％存在している．もともと健側より大腿骨が長い側の股関節に対してTHAを行う場合，変性で脚短縮が生じているにもかかわらずさらに脚短縮をしなければ脚長が一致しない場合がある．このような症例では，軟部の弛みのため脱臼リスクが上がることが予想される．また，両側末期股関節症では，そもそも術前計画の指標がない．われわれは，2003年よりTHA術中に頚部軸方向にネック長を延長しつつ周囲軟部緊張を計測する再現性の高いシステムを開発してきた^1～3）．われわれの目標は，骨形態を参考にした正確なインプラント設置計画を基に「定量」された最適な軟部バランスに調整されたTHAを行うことである．

Electrohydrodynamics現象を利用した画期的な新しいターニケット装置の開発と至適圧力の検討前田　浩行 , 岩瀬　秀明 , 金子　和夫 , 新井　康久 , 三井　和幸 , 前田　睦浩 1巻75号 , 2019年4月 , pp.214-216

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はじめに

　救急災害医療現場や整形外科の四肢の手術で，ターニケット装置が頻用される．強い圧力を素早くかけられるターニケット装置を用いることで，整形外科の手術において出血を予防し術野の視野を確保する．あらゆる状態で素早く止血が行え，循環動態を維持するうえで重要な機器である．しかし，ターニケットの駆血圧は以前より明確な設定基準がなく，医師の判断により血圧を基準に行われることが多い．しかし，過剰な圧で駆血することによりターニケット装置による疼痛やしびれによる歩行障害などの運動器合併症が起き，重症例では深部静脈血栓症（DVT）やコンパートメント症候群を引き起こすことが報告されている．

　現在のターニケット装置は，空気圧を駆動源としコンプレッサなどが必要となり，装置が大型で持ち運びできず，振動や騒音が発生するなど問題点が多い．そこでわれわれは，絶縁性流体に静電気レベルの高電圧を印加すると電極間にジェット流が発生する電気流体力学（electrohydrodynamics：EHD）現象を利用した（図1），無音で無振動かつ小型の流体駆動圧力発生装置（以下，EHDポンプ）を開発した．本研究では，まずはじめに実際の手術でのターニケット使用による運動器合併症の検討を行った．次にEHDポンプを使用してのラット下肢における駆血実験を行い，ラットにおける駆血後の採血による生化学的評価，駆血の評価に経皮組織酸素飽和度を測定することにより，運動器合併症が生じない至適な駆血圧条件を検討した．

整形外科診療における最先端技術　Ⅳ．カスタムメイドインプラント

4D-有限要素解析シミュレーションによる術前計画と積層造形技術を含む脊柱変形矯正用カスタムメイドインプラントの開発須藤　英毅 , 金井　理 , 小甲　晃史 , 安倍　雄一郎 , 岩崎　倫政 , 千葉　晶彦 1巻75号 , 2019年4月 , pp.218-221

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はじめに

　脊柱変形疾患におけるストレート形状ロッドへの曲げ形成は，術者の経験や勘に左右され，生じるノッチや残留応力により疲労強度も低下する．患者脊柱に適合していない場合には十分な矯正効果が得られず，ロッド折損のリスクもある．

　われわれは，特発性側弯症においてロッド形状により時空的観点をとり入れた解剖学的矯正が可能であることを実証し，こうした次世代型手術戦略を容易に実現できる変形矯正用インプラントを開発している．

三次元積層造形法による人工股関節インプラント坂井　孝司 1巻75号 , 2019年4月 , pp.222-225

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はじめに

　任意の三次元構造体を作製しうる金属積層造形技術は，金属を溶融するエネルギー源により電子ビーム積層造形法（electron beam-melting method：EBM）とレーザー積層造形法の2つに大別され，医療機器作製に応用されている．チタン合金（Ti-6Al-4V）粉末を用いて作製した多孔体について，動物実験では純チタンに劣らない良好な骨形成能が報告されている．インプラント母材と表面加工部を一体として作製可能で，切削法では作製不可能であった複雑な任意の形状の三次元構造体が作製可能であり，巨大骨欠損を伴う症例など個々の骨形状に合わせたカスタマイズが可能である．本邦でも，3Dポーラスの一種として一体造形の股関節寛骨臼インプラントが近年臨床で使用されている．一方，股関節大腿骨インプラントについては，一体造形のインプラントは十分な疲労強度が得られにくいため，近位表面多孔体を作製し母材に接合したインプラントが2017年度に薬機法承認され，臨床で使用されつつある．

Additive manufacturing技術を応用したカスタムメイド寛骨臼インプラントの開発楫野　良知 , 加畑　多文 , 高橋　広幸 , 石坂　春彦 , 土屋　弘行 1巻75号 , 2019年4月 , pp.226-229

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はじめに

　人工股関節全置換術（total hip arthroplasty：THA）で使用されるインプラントは，1930年代からさまざまな形状，材質のものが開発され，母床骨との固着性，摺動面の摩耗特性，インピンジメントを生じにくい形状，モジュラリティなどの改善がなされてきた．多くの症例では既製（ready-made）のインプラントの形状とサイズバリエーションの範囲内で再建手術が可能であるが，変形の強い症例や骨欠損の大きな再置換術など，既製のインプラントが適合しない，あるいは存在せずに手術を断念せざるをえない症例も存在する．患者個々の骨形態や骨欠損に応じて作製するカスタムメイドインプラントは，宿主骨の温存，骨との最適な適合性と固定性の獲得，術後の良好な機能再建，早期リハビリ開始などのメリットが期待できる再建材料の一つである．われわれは，著明な変形を伴う初回THAや再置換術における使用を想定したカスタムメイド寛骨臼インプラントの研究開発を行ってきたので紹介する．

自家骨製ネジによる骨折治療今出　真司 , 内尾　祐司 , 若槻　拓也 , 古屋　諭 , 中澤　耕一郎 , 松村　浩太郎 1巻75号 , 2019年4月 , pp.230-234

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はじめに

　骨折治療では主にチタン製ネジが使用されている．チタンは生体適合性がよく耐食性に優れ，ステンレス鋼に比較し高強度低剛性を有する骨折内固定に適した素材である．一方で，骨折治癒後は異物となり抜去を要する．偽関節症例では抜去後のネジ孔が骨欠損部となって問題を上乗せする．こうした問題を解決するため，筆者らは患者自身の骨をネジへ加工し骨接合を行う「自家骨製ネジによる骨接合術」を考案した．専用機器開発から実臨床応用まで行い，現在はより汎用性を高めた骨折治療支援システム構想を立ち上げているので紹介する．

整形外科診療における最先端技術　Ⅴ．リハビリテーション，義肢，装具

腰部支援用ロボットスーツを用いた重作業における職業性腰痛の予防三浦　紘世 , 門根　秀樹 , 安部　哲哉 , 國府田　正雄 , 山崎　正志 1巻75号 , 2019年4月 , pp.236-240

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はじめに

　2012年に策定された「腰痛診療ガイドライン」によると，日本国内の疫学調査では職業性腰痛の有訴率が40～50％，職業性腰痛の既往歴が70～80％との報告が多く^1），その患者数は膨大である．Itohらは，日本における職業性腰痛の医療費を算出し，年々増加傾向にあり，2011年の時点で約821億円（入院で約264億円，外来で約556億円）に達したと報告している^2）．この直接医療費に加えて，休業や社会的保障などの間接的損失も影響が大きい．膨大な患者数とそれにかかる医療費や間接的損失は大きな社会的問題であり，職業性腰痛を予防する取り組みが急務である．そこで，筆者らは，腰部支援用のロボットスーツHAL（Hybrid Assistive Limb，Cyberdyne社）に着目し，職業性腰痛リスクが高い重作業に対して腰部支援用HALを用いた研究を行ってきた．本稿では，腰部支援用HALの重作業における腰部負荷軽減効果と作業量向上効果について論述したい．

ロボットスーツの人工膝関節全置換術後におけるリハビリテーションの可能性六崎　裕高 , 吉川　憲一 , 佐野　歩 , 古関　一則 , 深谷　隆史 , 山崎　正志 1巻75号 , 2019年4月 , pp.241-244

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はじめに

　ロボットスーツHybrid Assistive Limb（HAL；Cyberdyne社）は，着用可能なロボットで，装着者の皮膚表面に貼付された電極から生体電位信号を解析し，パワーユニットを制御して，装着者の動作を支援することができる^1）．これまで，脳卒中，脊髄疾患，小児疾患などで安全性や効果が報告されてきた^2～4）．人工膝関節全置換術（TKA）後においても，関節可動域（ROM）の改善のために単関節型HALが用いられ，また，歩行能力の改善のために両脚型HALが用いられ，安全性や効果が報告されてきた^5,6）．われわれは，歩行能力，ROM，筋力の改善を念頭におき，両脚型HALより軽量で，単関節型HAL同様にROM訓練可能な単脚型HALを用いてTKA後にトレーニングを行い，リハビリテーションとしての可能性を考察した^7）．これをもとにTKA術後急性期における単脚型HALを用いた臨床研究について報告する．

脳性麻痺患者に対するロボットスーツを用いた歩行訓練の実際とその効果中川　将吾 , 六崎　裕高 , 鎌田　浩史 , 俣木　優輝 , 遠藤　悠介 , 松田　真由美 , 高橋　一史 , 岩崎　信明 , 山崎　正志 1巻75号 , 2019年4月 , pp.245-248

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はじめに

　外骨格型の動作支援ロボットであるロボットスーツHybrid Assistive Limb（HAL；Cyberdyne社）を使用した機能回復訓練が脳卒中，脊髄損傷，変形性関節症といったさまざまな運動機能障害患者に対して導入され，その良好な結果が報告されている^1～3）．HALは関節運動の補助を行うとともに，補助された運動の変化を感覚系が中枢神経にフィードバックし，HAL取りはずし後にもその効果が継続するのではないかと考えられており，interactive bio-feedback仮説と呼ばれ，麻痺症状を呈するさまざまな疾患に対しての効果が期待できる^4）．

　HALは，脳性麻痺患者に対しても自立歩行を可能にすると報告されている^5）．脳性麻痺はさまざまな病型があるが，痙縮型に代表されるように，筋出力のインバランスを伴っている．重症度の分類であるgross motor function classification system（GMFCS）（表1）^6）のレベルⅠからⅤに進むに従って重症化し，筋出力のインバランスも強くなってくる．GMFCSレベルⅢやレベルⅣの症例は，歩行訓練を行い，筋出力のインバランスを調整することで歩行能力を維持し，変形を予防し，介助量を減少させることが可能である．

　われわれのグループでは，運動機能障害を有する脳性麻痺患者に，HALを使用した歩行訓練を外来レベルで単回，また入院して集中的に行っている．本稿では脳性麻痺患者に対してのHALを使用した歩行トレーニング方法と，使用後の効果について報告した．

ロボットスーツの新しい使用法 -――残存筋活動をトリガーとした麻痺肢訓練清水　如代 , 門根　秀樹 , 久保田　茂希 , 安部　哲哉 , 羽田　康司 , 山崎　正志 1巻75号 , 2019年4月 , pp.249-252

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はじめに

　脊髄損傷に伴う完全下肢麻痺患者における歩行再建のために，歩行支援ロボットが臨床応用されている．トレッドミル据えつけ型ロボットのLokomat（Hocoma社）や，外骨格型装着ロボットであるReWalk（ReWalk Robotics社）などが知られている．これらはあらかじめ決められたプログラムに基づく歩行で筋活動電位の取得できない完全麻痺患者でも使用できる反面，受動的な歩行となり麻痺患者の運動意図を反映しにくいものとなる．

　ロボットスーツHybrid Assistive Limb（HAL，Cyberdyne社）^1）は，装着者の神経筋活動を感知することのできる生体電位センサをもつ外骨格型装着ロボットである．重度麻痺症例で筋活動が微弱であっても，生体電位センサにより感知できる点が，他のロボットにない最大の特徴である．われわれは，随意的筋活動が得られない症例であっても「四肢を動かしたい」という運動意図により随意的に麻痺肢を動かすために，本来の主動筋ではない残存筋にセンサを貼り，トリガーとして選択する方法を開発した．この方法をheterotopic Triggered（異所性のトリガーを用いた）HAL（T-HAL法）^2～4）と名づけ，完全麻痺者を対象に麻痺肢の随意運動訓練を行っている．本稿では，T-HAL法について概説をする．

義手開発における3Dプリンタの臨床応用砥上　若菜 , 中村　英一 , 徳岡　博文 , 小山　雄二郎 , 山鹿　眞紀夫 , 古閑　博明 1巻75号 , 2019年4月 , pp.253-256

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はじめに

　近年，内部構造を含む立体の3D構造データに基づき，輪切りにした断面形状を樹脂などで0.01～0.1mmの厚みに造形し，それを順次重ねていくことにより複雑な立体構造を作製できる「積層造形装置」である3Dプリンタが開発され，その機能向上や材料，機械の低コスト化は工業のみならず，医療においてもその影響を及ぼしている．3Dプリンタは，① 成形型を用いずに単体または少量のモデル作成ができる，② 少量生産でも価格を抑えられる，③ カスタマイズできる，④ 自由度の高い設計ができる，などの特徴をもつことから^1,2），3Dプリンタの臨床応用は，構造力学を扱う口腔外科に次いで，整形外科およびリハビリテーション領域でも盛んに行われるようになり^3,4），特に，義肢装具の作製において注目を集めている．

　従来，義手における迅速交換式継手は断端末に取りつけることが多く，手関節より遠位部での切断ではさまざまな器具を継手先端に取りつけた場合，断端以遠が健側より長くなることと，金属製で約190gと非常に重く，器具の素早い取り換えも困難であることが問題であった（図1）．よってわれわれは，3Dプリンタを用いて，軽量で手先具を容易に脱着できる継手作製に取り組んだ．

基本情報

別冊整形外科
1巻75号
(2019年4月発行)

電子版ISSN：2433-4316 印刷版ISSN：0287-1645 南江堂

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別冊整形外科 1巻75号 (2019年4月発行)

整形外科診療における最先端技術 Ⅰ．診断，評価

1．新しい画像・機能診断

2．人工知能

3．ウェアラブルデバイスを用いた評価

4．形態評価

5．動的評価

6．コンピュータを用いた病態，手術の生体力学解析

整形外科診療における最先端技術 Ⅱ．手術シミュレーション，手術教育

整形外科診療における最先端技術 Ⅲ．手術支援

1．ナビゲーション

2．Patient specific guide

3．術中画像支援

4．Augmented reality

5．その他の手術支援

整形外科診療における最先端技術 Ⅳ．カスタムメイドインプラント

整形外科診療における最先端技術 Ⅴ．リハビリテーション，義肢，装具

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