立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第32号) 2023

［ 研究助成 (A) ］

青年期に設置した人工股関節を生涯使用するための設置アライメントの研究
Research of implantation alignment for lifelong use of artificial hip joints implanted in adolescents2211006

札幌医科大学 医学部
整形外科学講座

研究代表者
共同研究者

研究員

札幌医科大学 医学部
特任教授
生体工学運動器治療開発講座(現 社会医療法人孝仁会 札幌孝仁会記念病院 副院長)

金泉

新名

越智

や長期安定性に重要な大腿骨の応力分布に着目[研 究 の 目 的]し，ステムの設置アライメントの研究を行う。
本邦では人工股関節全置換術において，人工本研究の目的は，人生 100 年時代において青年股関節の大腿骨側の機種 (ステム) は，セメン期に設置した人工股関節を生涯使用するためのトを用いないセメントレスステムが主流となっ設置アライメントを探求することである。ている。セメントレスステムは，医療機器メー[研究の内容，成果]カーから多種多様な機種が販売 (図 1) されており，術者はその中から機種を自由に選択できる。しかし，現状では大腿骨の形状による適切ステムの設置アライメントの評価は，一般的なステム形状や設置アライメントに関して明確には臨床のレトロスペクティブな評価となるたな規定はない。また，人工股関節全置換術では，め，アライメントを変えてどう変化するかは評

早期のゆるみや骨折は，生活動作障害に至る重価できない。また，模擬骨での実験では臨床へ大な合併症となっている。早期のゆるみや骨折の影響が明らかとならない。本研究では，実際は，ステムの不適合設置やアライメント異常にに手術で使用しているステムと未固定凍結遺体

よる初期固定性不良，応力集中が原因で発生すを用いて，設置アライメントによるマイクロるとされている。そのため，初期固定性に重要モーションとひずみへの影響を評価した。尚，な荷重時に生じるステムのマイクロモーション

本研究は札幌医科大学の自主臨床研究として承認されている。
【対象】
2021 年 4 月〜2021 年 12 月の本学における献体 (未固定凍結遺体) である。適格基準は，大腿骨骨切り術や THA の既往がなく，明らかな骨変形もなく，骨量ファントム (図 2) を用いて CT 撮影済みである。除外基準は，Dorr 分類 type C (stovepipe 型とよばれる大腿骨髄腔

図1

セメントレスステムの形体例が太い形状) である。症例数は 5 例 7 股 (大腿― 1 ―立石科学技術振興財団

骨×7)，全例男性で年齢は平均 75.5±5.0 (70-成し，接触型センサを設置した。また，ひずみ81) 歳であった。また，全例 Dorr 分類 type Bの計測は，Gruen の Zone 分類にしたがって，(normal 型とよばれる大腿骨髄腔が通常の形

大 腿 骨 外 側 (Zone 1〜Zone 3)，大 腿 骨 内 側状) であった。使用したステムは，Fitmore ®

(Zone 5〜Zone 7)，大 腿 骨 前 面 (Zone 8〜

ステム (Zimmer Biomet Holdings, Inc., Indiana,

Zone 10)，大腿骨後面 (Zone 12〜 Zone 14) のUSA) (図 3) で，内側カーブかつ長方形断面中央にひずみゲージを貼付した (Gruen TA, et(Rectangular 型) が特徴のショートステムで，al. Clin Orthop Relat Res. 1979: 17-27.)。万能セメントレスカーブドショートステムとも呼ば試験機で 1200 N の荷重を人工骨頭部に負荷しれている。

た結果を評価した。

図2

骨量ファントム

図4

図3

大腿骨へのステム設置

Fitmore ®ステム (Zimmer Biomet 社)【方法】
未固定凍結標本の大腿骨を用いて，片脚立位時の荷重方向を再現した (大腿骨遠位を前額面16°，矢状面 4°で固定した)。ステムは内反位設置から大腿骨のステム創入部の外側を削って正中位に設置した (図 4)。それぞれのステムの設置位置でポータブルの X 線撮影機でレン
図5

トゲンの撮影を行った。以前の研究でステムの未固定凍結遺体の大腿骨を用いた同様の実験

マイクロモーションが大きくなる部位は，ステムの近位端と遠位端であることがわかった【評価項目】(Kanaizumi A, et al. J Orthop Surg Res. 2022.)。

マイクロモーションの近位部と遠位部の最大

そのため，マイクロモーションの計測は大腿骨値，各 Zone の ひ ず み の 大 き さ，レ ン ト ゲ ンの近位と遠位の前方と外側の 4 箇所に骨孔を作(単純 X 線) 像でのステムの設置アライメント― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundationである。マイクロモーションは，近位部と遠位【考察】部の内側と前面のマイクロモーションから近位初期固定性の確保にはステムのマイクロモー部と遠位部のマイクロモーションの大きさを求ションを抑えることが重要である。マイクロめた。ステムの設置アライメントは小転子頂部モーションが，30 μm 以下ではステム表面のより遠位 2〜6 cm の髄腔を通る軸 (大腿骨近コーティング部間に Bone ingrowth が起こる位髄腔軸) とステム基準軸のなす角と定義し，が，150 μm 以 上 で は 大 腿 骨 と ス テ ム の コ ー

従来の単純 X 線像での評価に合わせて，正中ティング部間に生じた結合組織により bone位を 2°未満，内反位を 2°以上とした。統計解

ingrowth が阻害されるとされている。ステム析 は Paired t-test, Mann-Whitney U test,には様々な日常生活動作により多くの力が作用

Pearson の相関係数 (有意水準 p を 0.05) を用するため，セメントレスステムに生じるマイクいて行った。使用した統計解析ソフトは Stat

ロモーションの大きさを評価することは重要でPlus (AnalystSoft Inc., USA) と Microsoft のある。本研究では近位マイクロモーションと遠Excel (Microsoft, USA) である。

位マイクロモーションに関して，正中位と内反位における有意差はなく，正中位設置と内反位設置で初期固定性は同程度の可能性が示唆され【結果】近位部と遠位部のマイクロモーションの平均た。また，遠位部のマイクロモーションと内反値±標準偏差は，正中位設置と内反位設置で表角度に関して負の相関を認めた。遠位部のマイ1 のようになり，近位部と遠位部ともに正中位クロモーションは，設置角度が内反の方がよりと内反位において有意差はなかった (表 1)。

小さくなる傾向があることから，内反位設置で近位部のマイクロモーションと内反角度に関し遠位部の安定性が得られる可能性がある。しかて相関を認めなかったが，遠位部のマイクロし，Fitmore ® ステムに関して，3°以上の内反モーションと内反角度に関して負の相関を認め

位設置で大腿骨の offset が長くなり，インプラた (r=−0.554, p<0.05)。

ントサイズは予定よりアンダーサイズになる可能性が高いという報告があり，初期固定性にお表1

正中位と内反位でのマイクロモーションいて内反は許容されるが，過内反で不具合が出る可能性があるため注意を要する。
セメントレスステムを用いた人工股関節全置
換術後の荷重時の応力により，大腿骨のリモデ

Zone 1〜 Zone 14 のマイクロひずみの平均値リングが生じる。リモデリングによる大腿骨骨は 正 中 位 と 屈 曲 位 で 表 2 の よ う に な っ た。

反応は長期成績に関わる重要な因子である。大

Zone 9 において内反位の方が正中位よりも有腿骨の近位部の応力遮蔽による骨密度の低下や意にひずみの増大を認めた (P<0.05)。また，

aseptic loosening により，長期固定性にリスクひずみと内反角度に対して Zone 9 において正を伴う可能性がある。そのため，近位大腿骨のの相関を認めた (r=0.572, p<0.05)。

骨温存目的に，若年や高齢でも近位大腿骨の骨表2正中位と屈曲位でのマイクロひずみ質が保たれているの方には，本研究で用いた様なセメントレスショートステムを使用することが多い。本研究では，ひずみに関して，Zone 9で内反位の方が正中位よりも有意に増大し，内反角度が増すにつれてひずみが大きくなる傾向がみられた。大腿骨近位の応力遮蔽による大腿― 3 ―立石科学技術振興財団

骨近位部の骨密度低低下を考慮するなら，内反していく。三次元化モデルでのステムの設置ア位設置によるステムの前面かつ中間にあたる

ライメントの評価では，内外反だけではなく，Zone 9 でのひずみの増大は骨温存には有利に屈曲／伸展，前捻の評価も可能となり，さらに働く可能性がある。

レントゲンでの角度評価よりも精密に角度を計測することができる。
また，本研究では実験前に骨塩ファントムを【結語】
本研究では，5 例 7 股の未固定凍結遺体を用用いて CT 撮影を行っているため，骨密度を反いて，セメントレスカーブドショートステムの映した有限要素法の解析も行うことができる。

設置アライメントによるマイクロモーションと本研究で用意できたサイズが異なる Fitmore ®

ひずみの変化を評価した。遠位部のマイクロステムの数は，3 本と限りがあった。そのため，モーションに関しては，設置角度が内反の方がラスピングのみでレントゲン撮影をして，ステより小さくなる傾向があり，内反位設置で遠位ムを設置できなかった症例がある。それらの症部の安定性が得られる可能性があった。また，

例は実験できなかったため，本成果報告書ではひずみに関しては，内反位設置により，ステム評価していない。しかし，ラスピングサイズとの前面かつ中間にあたる Zone 9 でのひずみのステムサイズは一致しているため，上述したよ増大が認められ，内反位設置は Zone 9 での骨うに 2D-3D レジストレーション法を用いてレ温存に有利に働く可能性が示唆された。しかし，ントゲンと CT を組み合わせることで，ラスピ

内反位設置により大腿骨の offset が長くなれば，ングをステムに置き換えて，実験でのステムと臨床的には反対側の股関節とのバランスが悪く同じ位置で有限要素解析を行うことが可能とななる可能性があるため，過内反には注意する必る。
今回行った研究方法は，他のステムでも評価要がある。

を行うことが可能であるため，今後は他のステムを用いての実験を行うことで，人工股関節を[今後の研究の方向，課題]

長期に渡って使用するための設置アライメント
本成果報告書では，アライメントは内反位設を引き続き探求していく。

置のみでの評価に留まった。また，レントゲンを用いた評価のみである。そのため，今後は実験で撮影したレントゲンと実験前に撮影してい[成果の発表，論文など]
1)

セメントレスショートステムの設置アライメント

る CT データを，2D-3D レジストレーションによるマイクロモーションの変化．第 49 回日本股法を用いて組み合わせることにより，実験時の関節学会．2022 年 10 月 28 日〜10 月 29 日

ステムの挿入位置を三次元化したモデルを構築― 4 ―2 ) 国際誌への投稿準備中