前・早期変形性膝関節症における超音波診断の有用性
ー早期診断・治療を常態化するための超音波診断用プローブ保持器具の開発にむけてー

鳥取大学医学部医学科

整形外科学教室
准教授

榎田誠

令和２年１２月１５日

ご静聴いただける企業様のではなくてもいいのでによって整形外科疾患の早期診断と早期治療介入を可能にする新しい診断ツール開発にご協力をお願いするはじめに■

整形外科って何をする診療科？

■

変形性膝関節症ってどんな病気？

整形外科は身体の芯になる骨・関節などの骨格系とそれを取り囲む筋「運動器」の肉やそれらを支配する神経系からなる機能的改善を重要視して治療する診療科です。

変形性膝関節症
Osteoarthritis knee (OA knee)
・中高齢者に発症する疾患
・国内での膝OA患者数
自覚症状を有する患者数で約1000万人
潜在的な患者数 （X線診断による患者数）で約3000万人
厚生労働省ホームページ

原因は関節軟骨の老化によることが多く、肥満や素因（遺伝子）も関与しています。
また骨折、靱帯や半月板損傷などの外傷、化膿性関節炎などの感染の後遺症として発症することがあります。
加齢によるものでは、関節軟骨が年齢とともに弾力性を失い、遣い過ぎによりすり減り、関節が変形します。

変形性膝関節症
Osteoarthritis knee変形性膝関節症の診断■問診や診察
触診で膝内側の圧痛の有無、関節の動きの範囲、腫れやO脚変形などの有無を調べる。
■画像検査

X線（レントゲン）検査、必要によりMRI検査などをします。
Kellgren-Lawrence分類（K-L分類）という重症度判定をする基準に照らし合わせて病期を判定しますいまだに準基界 Grade 0
世 Grade Ⅰ

Kellgren-Lawrence 分類（X線検査）
荷重時単純X線所⾒
正常
関節裂隙の狭⼩化 (疑い)，⾻棘形成 (わずか)Grade Ⅱ

関節裂隙の狭⼩化 (あり)，⾻棘形成 (あり)Grade Ⅲ

関節裂隙の狭⼩化 (あり)，⾻棘形成 (あり)，⾻硬化像 (あり)Grade Ⅳ

関節裂隙の消失，⾻棘形成 (著明)，⾻硬化像 (著明)

Ⅰ

ⅡⅢ

Ⅳ

K-L grade 1

K-L grade 2

K-L grade 3

K-L grade 4

abnormalnormal

X線画像異常の境界線
pre-OAearly-OA

progressive-OA

terminal-OA

K-L grade 1

K-L grade 2

K-L grade 3

多くの変形性膝関節症患者はX線検査でノーマルの病期に強い痛みで受診します

K-L grade 4

abnormalnormal

X線画像異常の境界線
pre-OAearly-OA

progressive-OA

terminal-OA

もしも、そんなOA患者が来たら･･･

少しずつ重症化していくのは間違いない
せっかく早い段階（病期）で来院してくれたのに．．．
人工関節になるまでの重症化はなんとしてでも避けたい

いやだ！

すごく痛がっているし症状と診察所見からはOAだろう
X線で異常が無いから、もっと細かい異常を捉えないと。

MRI検査予約しよう
関節軟骨や半月板の状態がわかるのでMRI検査しませんか？
予約検査です。1ヵ月後はどうでしょう？

すで査

検

な膝を正⾯から⾒たMRI画像

ん

こ

薄くなった軟⾻中が痛んで形がいびつになった半⽉板

えっ？そんな先？
今、どういう状況かわかる検査はないんですか？
MRIって狭いところに入るんでしょすごくうるさくて音が怖いって．．．
費用は？ 7500円（3割負担）もかかるの？！

確かに．．．
MRIは、すごい情報量でいい検査だけど、予約検査だし、狭いところに入るし、音がすごいし、検査費用が高いし。。。
患者さんからしたら、突っ込みどころ満載だ！
いずれ必要になる検査ではあるけど。
しかも体重がかかる状態で膝の内側が痛いのに、MRIは寝た状態で検査（非荷重）する。
MRI検査は、痛みがある条件で判定していないことになる。。。

今すぐ検査可能で全く無害で、検査費用が安くて、体重をかけた条件で判定できて必要な情報が入手できる画像検査って？？

超⾳波検査
ultrasonography

静⽌画像検査では絶対に評価できないことができる
リアルタイムに荷重時の半⽉板の動きが可視化できて無侵襲で安価軟⾻の厚み、炎症の程度、関節内の液体貯溜も計測可能

超音波プローブは整形外科医の聴診器

もちろん膝OAでも！

プローブ
とにかく有用！ そして無害！
どのような使い方をしても誰にも迷惑をかけない。
整形外科領域で大きく注目を集め始めたのが2000年くらいから整形外科医だけで無く、理学療法士や柔術師での需要が高まっている。

膝の構造を簡単に説明
⼤腿⾻
膝蓋⾻
外側
半⽉板

内側
半⽉板

関節軟⾻

腓⾻

内側

膝OAが重症化するとO脚が進み内側への荷重ストレスが大きくなる

右膝の半⽉板を上から⾒たところ
内側半⽉板

脛⾻

内側

外側半⽉板

右膝前

内内側側
半の月関
は節変軟形骨しは側摩方滅にしはじき出される

変形性膝関節症の超音波検査画像で何がわかるのか？

関節軟骨の厚み

炎症の程度

関節軟⾻の厚み

かなり早期からこの現象がみられる
ことに注目
半月板の逸脱現象や骨のでこぼこ（骨棘）より引用

関節にたまった液体貯留

後外側プローブ

内側前

荷重ストレス
荷重ストレスによって半月板は側方に押し出されます
超音波画像でこの動きを捉えます
プローブの向きをハンドリングで調整し適切な画像を描出します

内側半⽉板

プローブ

K-L grade 1

K-L grade 2

K-L grade 3

K-L grade 4

動画です
pre-OA

Normal alignment

early-OA

progressive-OA

Varus alignment

terminal-OA

動画

内側半⽉逸脱現象

画像精度はMRIより格段に優れる
5-MHz linear transducer(SSD-2000; Hitachi Aloka Medical)
To measure MRD on the US monitor,a magnified image was used (to anaccuracy of 0.1 mm)
ICC 0.959(p<0.001)

for the distance measurement of MRD

3T-MRI0.5mm

P＝.0582

12P＝.0011

10P<.0001

86P<.0001
P<.00014

⾮荷重

20Control

K/L1(mm)

MRD in supine position

K/L2K/L3

荷重K/L4

MRD in standing position

荷重により有意に内側半⽉は側⽅へ逸脱

P=.0176
12P=.0001

P<.0001

P=.2203

P=.0089

P=.0003

10P=.0001

P=.00028P=.7281

P=.97356420(mm)

MRDsu
Control

MRDst
K/L1K/L2K/L3

K/L4

コントロール群と同等の半月の逸脱量はK/L 1まで

ベースライン
１年後
P=.6469

12108

P=.3699

P=.0005

P=.7584

P=.0008

P=.0058

P=.0064

P=.3302
P=.1762

P=.0211

P=.0037

P=.023364

荷重時MRD

20(mm)（ベースライン時）
K/L1

K/L2

K/L3

（１年後）

K/L4

MRD in supine position at baseline

MRD in supine position at second

MRD in standing position at baseline

MRD
point in standing position at second

⾮荷重 荷重⾮荷重時MRD

point

K/L 4以外では、わずか１年間で非荷重/荷重時の内側半月逸脱量が有意に進行OA悪化予測因⼦として内側半⽉逸脱現象が使えないか︖
pre/early-OA knee
5年間 f/u
評価項目

Medial meniscus width
MRD⊿MDI=(MDI weight bearing) – (MDI non-weight bearing)
MDI (medial displacement index)=MRD/medial meniscus width
内側半⽉幅
0.07×脛⾻プラトー幅+3.7mm

McDermott (2004)

7/32

8/14

25/32
6/14

5年間でK/L gradeが進⾏した膝荷重と非荷重の半月の側方への逸脱距離のギャップが大きい
ほどOA進行（悪化）が早い

K-L grade 1

K-L grade 2

できるだけK-L grade 4
K-L grade 3
早い病期で何らかの対策を立てないと膝の荷重に対する機能破綻は必至

膝の荷重に対する機能破綻をいち早く捉える
検査ツールは
pre-OA

Normal alignment

early-OA

超音波検査しかない

progressive-OA
terminal-OA
内側半月の逸脱現象を評価することが大切

Varus alignment超音波による内側半月逸脱現象評価の実際
検者：1名または2名
器材：Hitachi HI VISION Avius; SSD-2000
5-MHz linear transducer
下肢保持器材：下肢肢位保持器
計測条件：臥位3回 立位3回

probe

正確な位置でのプローブ保持に被験者の体格に合わせることも含め検者のハンドリングが頼りになっている

早期膝OAの病態をしっかり捉えることのできる良い検査なのにいまだにルーチン検査として重要視されない（頻用されていない）

検者のハンドリング頼みでは無く考えられる理由■ 早期膝OAの病態に興味がない■ ラーニングカーブがある■ 検査時間が多少かかる（人手も）■ 医師がするしかない

検査が簡単になる
デバイスの開発
有用性が認知されれば■高額なMRIや被爆のあるX線検査が減少し医療費削減と検査の低侵襲化が進む■メガデータ蓄積による早期膝OAの病態解明が進む■■■

ラーニングカーブなし
検査時間短縮（計測ソフト導入でさらに短縮）検査技師に依頼し分業化

問題点

フットスイッチを踏むとプローブもずれる
マンパワーに限界①

⾄適な画像を描出したプローブを保持したままでの本体器材操作で静⽌画像記録が困難･･･現在の解決策：フットスイッチ使⽤やサポート検者による介助で対処③

実測値の算出に時間を要するため、被験者へのフィードバックがすみやかにできない。
･･･現在の解決策：サポート検者に算出を依頼
今のアナログ作業ではとてもこなせない

一人の検者によって、様々な体格に対して安定したプローブ保持ができ、かつ短時間に多くの被験者の検査ができるための測定補助器材があれば･･･

超音波によるMRD計測の測定補助器材（案）
空気ポンプ（至適圧表示）関節の表面に合わせて密着し超音波の反響を妨げないゲル状のクッション部分消耗品となりそう

プローブは安定！

空気
プローブは補助機材を空気で膨らませた
後に挿入

継ぎ目の無い履くタイプ
素材はビニール？布？

• 本測定補助器材の特長
高価な動力は不要（手動で十分、せいぜい電動）空気圧によって安定化させるのでプローブの形状に左右されない（メーカーを問わない）
体格に左右されない（駆血帯のように参考値を設定して空気圧を設定）

想定される用途と貢献度
用途
整形外科外来または検査部での膝OA診断、さらには検診へと波及（簡便かつ無侵襲が故に医師以外での評価が可能）
貢献度
被爆を伴うX線検査回数の減少
高額なMRI検査必要度の減少（MRIは7500円程度、超音波検査は900円程度）
荷重計、足底圧、重心動揺計などとの組み合わせにより副次的データ収集
メガデータ蓄積による早期膝OAの病態解明

実用化に向けた課題「超音波診断用プローブ保持器具 および超音波診断システム」
として図面化し特許出願（特願2020-123818）を行った
試作品

未企業への期待• 描出された超音波画像が適正となるためにはプローブの位置調整が最も重要である。それら複数のポイントをくまなく満たし調整可能な複合的技術を持つ企業との共同研究を希望する。
• 医療機器分野への展開を考えている企業には、本器具開発への協力が有効と思われる。

本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：超音波診断用プローブ保持器具
および超音波診断システム• 出願番号• 出願人• 発明者：特願2020-123818：国立大学法人鳥取大学：榎田 誠

お問い合わせ先
国立大学法人鳥取大学 研究推進機構
産官学連携コーディネーター 田尾龍治
TEL 0857 - 31 - 5703
FAX 0857 - 31 - 5571
e-mail: sangakucd@ml.cjrd.tottori-u.ac.jp