学位論文内容の要旨

博 士 （ 医 学 ） 石 川 淳 一

    学位 論文 題名

FEASIBILITY OF USINGAlx/IAGNETIC TRACKING DEVICE FOR rvIEASURING CARPAL KINEMATICS

（手 根骨 の運 動解 析 方法 とし てのMagnetic tracking deviceの有 用性 につ い て）

学位論文内容の要旨

I目的】

  近 年 、 手 関 節 の 運 動 機 能 と し て の 各 手 根 骨 の 運 動 解 析 は 盛 ん に 行 わ れ る よ う に な っ て き た 。 特 に 、 手 根 不 安 定 症 の 概 念 の 導 入 に と も な ぃ 、 正 常 な ら び に 靱 帯 損 傷 あ る い は 骨 折 後 の手 根骨運動の変化が新鮮屍体を用い、詳細に解明されてき ている。

  Biplanar Radiography法 は 手 根 骨 の 運 動 解 析 方 法 と し て こ れ ま で 一 般 的 に 用 い ら れ 、 最 も 正 確 で あ る と 考 え ら れ て き た 。 し か し 、 本 法 は 小 さ な 各 手 根 骨 に 最 低3個 のmetal markerを 埋 め る 必 要 が あ り 、 ま た 得 ら れ た2方 向X線 よ りmetal markerをdigitizeす る た め 、 非 常 に 作 業 が 繁 雑 で あ り 、 膨 大 な 時 間 を 要 す る 。 さ ら に 大 き な 欠 点 と し て 動 的 運 動 解 析 が 不 可 能 で あ る こ と が 挙 げ ら れ る 。 一 方 、Magnetic tracking deviceは 近年 、種 々の 関節 の 運 動 解 析 の 手 段 と し て 盛 ん に 用 い ら れ る よ う に な っ て き た 。 本 法 はmagnetic sourceが 作 り 出 す 磁 場 の 中 で 運 動 す るmagnetic sensorを3次 元 的 に 解 析 す る も の で あ る 。 よ り 簡 便 で 応 用 範 囲 が 広 く 、 ま た 動 的 か つ 連 続 的 な 運 動 解 析 が 可 能 で あ る こ と よ り 、 手 根 骨 の 運 動 解 析 に も 用 い ら れ 始 め て い る 。 し か し 手 根 骨 は 非 常 に 小 さ く 、 構 造 的 に 複 雑 で あ る た め 実 際 の 手 根 骨 の 運 動 解 析 に 用 い た 場 合 の 精 度 に つ い て は 報 告 が な く 不 明 で あ る 。 今 回 新 鮮 凍 結 屍 体 を 用 い 、Biplanar radiographyとMagnetic tracking deviceにて 手根 骨運 動解 析を 行 い 、 両 法 を 比 較 す る こ と に よ りMagnetic tracking deviceの 有 用 性 と そ の 問 題 点 に つ い て検 討した。

【方 法｜

  新 鮮 凍 結 屍 体5体 をJ『Jい た 。 室 温 に て 解 凍 後 、I亘I内 外 中 問 位 で 前 腕 部を 功断 、手 指は MP関 節 に て 離 断 し た 。 月 状 骨 、 舟 状 骨 、 第31キ1手 骨 、 橈 骨 遠 位 を 靱 帯 を 損 傷 し な い よ う に 最 小 限 の 侵 襲 に て 展 開 し た 。Magnctic tracki呶deviceに よ る 解 析 の た めに 直径2.2 miii のplcxiglass roclを 骨I勺 に 刺 入 し た 。 刺 入 し たrodの 先 端 にmagnetic sourceを 取 り 付 け た 。magnetic sourceは 実 験 台 にI翻 定 し た 。 一方 、Biplanar radiography法と して 、同 じ屍 体 の 月 状 骨 、 舟 状 骨 、 第3巾 手 骨 、 橈 骨 遠 位 の 骨 内 に 各 々4個 のmetal markci'を 堂 砠 め 込 ん だ 。 屍 体 を 実 験 台 に 岡 定 し 、 特 製 の 角 度 計 を 川 い 、 手 関 節I｜I問 位 、 屈I‖J30゜ 、 屈mI 60° 、 仲 展15゜ 、 仲 展30° 、 橈 屈 ］ ．5° 、 尺 屈15゜ 、 尺 屈30゜ の8つ の 手 関 節 の 位 置 を 定 め た 。 以 上 の 手 関 節 の 位 置 は 第3巾 手 骨 髄 内 に 挿 入 し たplcxiglass rodを 角 度 計 の 溝 に 合 わせ ることにより定め、両法による解析にl祭し、T司じ手関節の位．置が ・｜If現されるようにし

た 。 ま ずMagnctic tracking deviceに よ り 上 述 し た8つ の 手 関 節 の 位 置 に て 解 析 を 行 っ た 。 次 い で 、Biplanar radiography法 に て 同 様 の 手 関 節 の 位 置 に て 解 析 を 行 っ た 。 両 法 の 比 較 方 法 と し てscrew displacement axis (SDA)を 用し ゝた 。す な わち 、q1間位 より 屈m130゜ 、魎t i1 30‑ 60゜、IIJRl亅位よルイlIl展15゜、tIい展15‑30゜、III問位より椀屈15°、II・l問位より尺屈 15゜ 、 尺 屈15‑30゜ で の 月 状 骨 、 舟 状 骨 、 第31｜1手 骨 の 運 動 をSDA（x，y，z座 標 系 ） の 位 隠およびSDA周鬩の回転角度で表わし、比較した。

I結果1

  SDA周 駲 のlulilk角 度 の 両 法 に よ る 相 違 は第3巾 手骨 で平 均0.1°（‑3.0 ‑ 5.9゜ ）で あ り、

すべての手関節運動において有意な差 は認めなかった。

  月 状 骨 で は 平均0.3゜ （・4.3 ‑ 4.2゜） であ り、 両法 によ る相 違は 小さ く、 ほと んど の 手関 節 運 動 に て 有 意 な 差 を 認 め な か っ た 。 し か し 、 中 間 位 よ り 伸 展15° で の 月 状 骨 の 匝J転 角 度 の 相 違 は 平 均2゜ で あ り 、Magnetic tracking device法 に て 値 は 小 さ か っ た 。 さ ら に 尺 屈 15° よ り 尺 屈30° で の 相 違 も 平 均 】 ．6゜ と有 意にMagnetic tracking deviceでは 値が 小 さか っ た 。Magnetic tracking deviceによ る月 状骨 の回 転角 度は 手関 節橈 尺屈 によ る影 響を 受 け、

Biplanar radiography法 に 比 し 、 橈 屈 で は 大 き く 、 尺 屈 で は 小 さ く 評 価 さ れ た 。   舟 状 骨 の 回 転 角 度 の 相 違 は‑4.1 ‑ 7.2° と 第3巾 手 骨 、 月 状 骨 に 比 し 、 大 き か っ た が 、 両 法 に よ る 差 は 中 間 位 よ り 仲 展15゜ お い て の み2.0° と 有 意 で あ り 、Magnetic tracking deviceによる値はBiplanar法に比し、 小さかった。

  SDAの位 置の両法による栩違はほとんどなかった。

【考察】

  両 法 に よ る 手 根 骨 運 動 解 析 の 相 違 は 非 常 に 小 さ く 、Magnetic tracking deviceの手 根 骨運 動 解 析 に お け る 有 用 性 が 証 明 さ れ た 。 し か し 、 巾 間 位 よ り 伸 展15° で の 月 状 骨 、 舟 状 骨 運 動 、 さ ら に 橈 尺 屈 で の 月 状 骨 運 動 に て 有 意 差 を 認 め た 。 上 記 手 関 節運 動に おけ る月 状 骨、

舟 状 骨 の 運 動 方 向 は 主 に 伸 展 で あ り 、 そ の 原 因 と し て2つ の 要 因 が 考 え ら れ た 。 一 っ は magnetic sensorの 重 量 （17g)とsensorを 取 り 付 け る た め に 手 根 骨 に 刺 入 し たrodの 長 さ に よ りmoment armが 働 き 手 根 骨 骨 運 動 に 影 響 を 与 え た こ と と 、 背 側 よ り 刺 入 し たrod自 体 が 背 側 の 関 節 包 、 靱 帯 と 接 触 し 、 手 根 骨 運 動 を 制 限 し た 可 能 性 が 考 え ら れ た 。 従 っ て 、 周 囲 軟 部 組 織 と の 接 触 を 抑 え る た め 、 使 用 す るrodは 可 及 的 に 細 く 、 ま た 生 じ るmoment armを最小 限とするため、短くすることが重要であると考えられた 。

  Magnetic tracking deviceは こ れ ま で のBiplanar radiography法 では 不可 能で あっ た 動的 運 動 解 析 が 可 能 で あ り 、 今 後 手 根 骨 の 運 動 解 析 に 用 い る こ と に よ り 、 さ ら に 詳 細 な 正 常 お よび病的手関節運動の解明が期待され る。

学位論文審査の要旨

    

学 位 論 文 題 名

FEASIBILITY OF USINGAMAGNETIC TRACKING DEVICE FOR MEASURING CARPAL KINEMATICS

（ 手 根 骨 の 運 動 解 析 方 法 と し て の

Magnetic tracking device

の 有 用 性 に つ い て ）

  BiplanarRadiography

法は手根骨の運動 解析方法としてこれまで一 般的に用いられ，最も正 確で あると考えられてきた，し かし，本法は小さな各手根骨に最低3個のmetal markerを埋め，

X

線

2

方向撮影よりmeta．tmarkerをdigitizeするため，非常に作業が繁雑であり，膨大な時間を 要 し た． また 動的 運動 解 析が 不可能であ ることが欠点であった．一 方，Magnetic  tracking

device

はmagneticsourceが作り出す磁界 の中で運動するmagnetiCSenSOrを3次元的に解析する も の であ る． より 簡便 で 応用 範囲が広く ，また動的かつ連続的な運 動解析が可能であること よ り ，手 根骨 の運 動解 析 での 応用が期待 されている．しかし手根骨 の運動解析に用いた場合 の 精 度に つい ては 報告 が なく 不明であっ た．本研究の目的は，手根 骨の運動解析方法として のMagnetictrackingdeviceの有用性を従来用いられてきたBiplanarradiography法と比較すること によ り明らかにすることである ．

  

新 鮮凍 結屍 体5体を 用い た． 室 温に て解 凍後 ，月 状 骨， 舟状 骨， 第3中手 骨を 靱帯を損傷 し な いよ うに 最小 限の 侵 襲に て展開した ．Magnetictrackingdeviceによる解析のために直径

2

．2mmの

plexiglassrod

を 各骨 内に刺入 した．刺入したrodの先端に

magneticsource

を取り付 けた ．magneticsourceは実験台に固定した．一方，BiplanarraLdiog門Lphy法として，同じ屍体の 月 状 骨 ， 舟 状 骨， 第

3

中手 骨 の骨 内に 各々

4

個 のmetalmarkerを 埋め 込 んだ ．屍 体を 実 験台 に固 定し，特製の角度計を用い ，中間位より屈曲30°，屈曲

30

‐60゜，中間位より伸展15゜，

伸展

15

・30゜，中間位より橈屈

15

°，中間位より尺屈15゜，尺屈15一30゜での月状骨，舟状骨，

第

3

中 手骨 の運 動 をSDAの 方向 （x，y，

z

座 標系 ）お よ びSDA周 囲の 回転 角度 で表 わし，比較 した ．

  SDA

周囲の回転角度の両法によ る相違は第3中手骨で平均‐0．6−1．2°であり，すべての手関 節 運 動におい て有意な差は認めなかった ．月状骨では最大で平均2゜ であり，両法による相違 は 小 さく ，ほ とん どの 手 関節 運動にて有 意な差を認めなかった．し かし中間位より伸展15° と 尺 屈15゜よ り尺屈30°にて有意にMagnetictracbngdeviceでは値が 小さかった．舟状骨での

    

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則 志

郎

和 清

芳

田 田

上

安 金

井

授 授

授

教 教

教

査 査

査

主 副

副

相 違も 最 大 で 平均

2

° と 小 さ かっ た ． し かし 中 間 位より 伸展15゜ おいて のみ有 意であ り，

Magnetic tracking device

による値はBiplanar法に比し，小さかった，SDAの位置の両法による相 違はほとんどなかった．

  

両法による手根骨運動解析の相違は非常に小さく，Magnetic tracking deviceの手根骨運動解 析にお ける有 用性が 証明さ れた． しかし ，中間 位より伸 展15゜ での月状骨，舟状骨運動，さ らに橈 尺屈で の月状 骨運動 にて有 意差を 認めた ．上記手 関節運 動における月状骨，舟状骨の 運動方 向は主 に伸展であり，その原因としてmagnetic sensorの重量(17g)とsensorを取り付け るため に手根 骨に刺 入した

rod

の長さ により

moment arm

が働 き手根 骨骨運 動に影 響を与 えた ことと ，背側 より刺 入した

rod

自体が 背側の 関節包 ，靱帯 と接触 し，手 根骨運動 を制限 した 可能性 が考え られた ．従っ て，使 用する

rod

は可及 的に細 く，ま た生じ るmoment armを 最小 限とするため，短くすることが重要であると考えられた．

  Magnetic tracking device

はこれまでのBiplanar radiography法では不可能であった動的運動解 析が可 能であ り，今 後複雑 な手根 骨の運 動解析 に用いる ことに より，さらに詳細な正常およ び病的手関節運動の解明が期待される．

  

公開 発表に際 し，副 査の井 上教授 からセ ンサー の装着 方法， 測定対象とした手根骨の選択 理由， および 比較対 象の是 非につ いて， 副査の 金田教授 からセ ンサーの骨への装着が正常の 運動に 与える 諸問題 につい て，主 査の安 田教授 より測定 原理， 固定装置および複数のセンサ ーが磁 界に与 える影 響，運 動の再 現性， 実際の 応用にお ける具 体的有用性について，整形外 科加藤博之助手よりMagnetic法による計測可能な可動範囲と運動解析の際のscrew displacement

axis

に沿 う転位 の結果 について の質問 があっ た．質 問があ った． 申請者は何れに対しても研 究成果と文献を応用し，妥当な回答を行った．

  

本研 究は，近 年臨床 的重要 性が認 識され ている 手根骨 の運動 解析を行うための手段として のMagnetic tracking deviceの有用性を示した初めてのものであり，今後この研究を基に手関節 運動が動的に解明されることが期待される．

  

審査 委員一同 はこれ らの成 果を高 く評価 し，大 学院課 程にお ける研鑽や取得単位なども併 せ ， 申 請 者 が 博 士 （ 医 学 ） の 学 位 を 受 け る の に 十 分 な 資 格 を 有 す る と 判 定 し た ．

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