(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023073662
(43)【公開日】2023-05-26
(54)【発明の名称】術後インプラント沈下量の予測方法
(51)【国際特許分類】
A61F 2/46 20060101AFI20230519BHJP
【FI】
A61F2/46
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021186253
(22)【出願日】2021-11-16
(71)【出願人】
【識別番号】502285457
【氏名又は名称】学校法人順天堂
(74)【代理人】
【識別番号】110000084
【氏名又は名称】弁理士法人アルガ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】本間 康弘
(72)【発明者】
【氏名】庄 徐
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 太一
【テーマコード(参考)】
4C097
【Fターム(参考)】
4C097AA04
4C097BB01
4C097BB04
4C097MM09
(57)【要約】 (修正有)
【課題】定量的に人工股関節インプラント挿入術における術後インプラント沈下量を定量的に予測し、術後合併症の発生を防止する方法を提供する。
【解決手段】人工股関節インプラント挿入術において、(1)集音マイクと、入力された音の音圧と周波数を解析できるソフトとを有するコンピュータに、ブローチングの叩打音を、集音マイクを介して入力するステップ、(2)(a)叩打音の全体の音圧と(b)各周波数領域の音圧との比(音圧比:b/a)を求めるステップ、(3)0.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比と、8.5~9.5kHzの高周波領域の音圧比とから、次式により術後インプラント沈下量(mm)を予測するステップを備え、[数1]術後インプラント沈下量=α+β×(前記低周波領域の音圧比)-γ×(前記高周波領域の音圧比)(式中、α、β及びγは、線形回帰により得られる数値を示す)、を有する術後インプラント沈下量を予測する方法。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
人工股関節インプラント挿入術において、
(1)集音マイクと、入力された音の音圧と周波数を解析できるソフトとを有するコンピュータに、ブローチングの叩打音を、集音マイクを介して入力するステップ、
(2)(a)叩打音の全体の音圧と(b)各周波数領域の音圧との比(音圧比:b/a)を求めるステップ、及び
(3)0.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比と、8.5~9.5kHzの高周波領域の音圧比とから、次式により術後インプラント沈下量(mm)を予測するステップ、
[数1]
術後インプラント沈下量=α+β×(前記低周波領域の音圧比)-γ×(前記高周波領域の音圧比)
(式中、α、β及びγは、線形回帰により得られる数値を示す)、
を有する術後インプラント沈下量を予測する方法。
【請求項2】
使用するコンピュータが、ステップ(2)及びステップ(3)を行うソフトを有するものである、請求項1記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
【請求項3】
前記0.5~3.0kHzの低周波領域が、0.5~1.0kHz、1.0~1.5kHz、1.5~2.0kHz、2.0~2.5kHz及び2.5~3.0kHzから選ばれる低周波領域である請求項1又は2記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
【請求項4】
前記8.5~9.5kHzの高周波領域が、8.5~9.0kHz及び9.0~9.5kHzから選ばれる高周波領域である請求項1~3のいずれか1項記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
【請求項5】
前記0.5~3.0kHzの低周波領域が、2.5~3.0kHzの低周波領域であり、前記8.5~9.5kHzの高周波領域が、9.0~9.5kHzの高周波領域であり、αが2.634、βが3.268、γが4.956である請求項1~4のいずれか1項記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、人工股関節インプラント挿入術における術後インプラント沈下量の予測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
変形性股関節症などの股関節疾患に対する治療として、人工股関節を挿入する手術(人工股関節全置換術あるいは人工骨頭挿入術、人工股関節インプラント挿入術とも呼ばれる)が行われている。この人工股関節インプラント挿入術は、日本国内で年間約10万件実施されている。
この手術では、ハンマーを用いてブローチ若しくはラスプと呼ばれる機器を大腿骨内に叩打し挿入することで大腿骨内の形成(ブローチングと呼ばれる)及び適切と思われる人工股関節サイズを判断する。その後、人工股関節を叩打し、人工股関節を大腿骨に挿入する。このハンマーによる叩打が強すぎると医原性骨折が生じ、弱すぎると術後インプラント沈下といった合併症が生じる。すなわち、ハンマリングによる叩打が強すぎると医原性骨折が生じるので術者は、骨折が生じる前に叩打を終了する。しかし、この叩打が弱すぎると手術数週間後に大腿骨の中にインプラントが沈み込む合併症(術後ステム沈下ともよばれる)が生じる。
このハンマリング手技の妥当性(叩く強さや回数)は術者の主観的な技術的経験に基づき判断され、客観的な妥当性の評価方法は存在しなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の課題は、定量的に人工股関節インプラント挿入術における術後インプラント沈下量を定量的に予測し、術後合併症の発生を防止する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
そこで本発明者は、叩打音の強さと周波数を解析し、その両者を用いれば術後インプラントの沈下量を予測できるのではないかと着想し、種々検討を行った。手術中のブローチングの際の叩打音を、集音マイクを介してコンピュータに記録し、その叩打音の周波数と音圧を、術後インプラント沈下が生じた場合と生じていない場合を検討したところ、特定の周波数における音圧において、術後インプラント沈下が生じ、一方特定の周波数における音圧で術後インプラント沈下が生じていることを見出した。
しかし、この音圧は、叩く強さにより影響を受けるため、再現性のある評価にはできなかった。そこで、全体の音圧で各周波数領域の音の強さを割ったパラメータ(音圧比)を用いることで、叩く強さに影響されない叩打音の客観的特性評価ができることを見出した。そして、この音圧比を用いて、術後インプラント沈下が生じた叩打音と生じていない叩打音の違いを解析した結果、特定の低周波数領域では術後インプラント沈下が生じ、特定の高周波数領域では術後インプラント沈下が生じないことが、統計的な有意差をもって認められた。
次に本発明者は、統計的な手法により、前記術後インプラント沈下が生じる周波数領域と生じない周波数領域の音圧比を用いて線形回帰を行い、術後インプラント沈下量を予測できる予測式を確立した。従って、コンピュータを介して、叩打音に基づいてこの予測式により術後インプラント沈下量を計算すれば、術後インプラント沈下量が正確に予測でき、術後合併症の発生を防止できることを見出し、本発明を完成した。
【0005】
すなわち、本発明は、次の発明[1]~[5]を提供するものである。
[1]人工股関節インプラント挿入術において、
(1)集音マイクと、入力された音の音圧と周波数を解析できるソフトとを有するコンピュータに、ブローチング時の叩打音を、集音マイクを介して入力するステップ、
(2)(a)叩打音の全体の音圧と(b)各周波数領域の音圧との比(音圧比:b/a)を求めるステップ、及び
(3)0.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比と、8.5~9.5kHzの高周波領域の音圧比とから、次式により術後インプラント沈下量(mm)を予測するステップ、
【0006】
[数1]
術後インプラント沈下量=α+β×(前記低周波領域の音圧比)-γ×(前記高周波領域の音圧比)
(式中、α、β及びγは、線形回帰により得られる数値を示す)、
を有する術後インプラント沈下量を予測する方法。
【0007】
[2]使用するコンピュータが、ステップ(2)及びステップ(3)を行うソフトを有するものである、[1]記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
[3]前記0.5~3.0kHzの低周波領域が、0.5~1.0kHz、1.0~1.5kHz、1.5~2.0kHz、2.0~2.5kHz及び2.5~3.0kHzから選ばれる低周波領域である[1]又は[2]記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
[4]前記8.5~9.5kHzの高周波領域が、8.5~9.0kHz及び9.0~9.5kHzから選ばれる高周波領域である[1]~[3]のいずれかに記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
[5]前記0.5~3.0kHzの低周波領域が、2.5~3.0kHzの低周波領域であり、前記8.5~9.5kHzの高周波領域が、9.0~9.5kHzの高周波領域であり、αが2.634、βが3.268、γが4.956である[1]~[4]のいずれかに記載の術後インプラント沈下量を予測する方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明方法によれば、人工股関節インプラント挿入術における術後インプラントの沈下量が正確に予測できるので、術後合併症の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】ハンマーを用いてブローチや人工股関節を叩打し、ブローチや人工股関節を大腿骨に挿入する様子を示す図である。
【
図2】手術数週間後に大腿骨の中にインプラントが沈み込む合併症(術後ステム沈下ともよばれる)が生じる様子を示す図である。
【
図3】ステップ(1)を55例について行い、術後インプラント沈下が生じた例(Subsidence)と生じなかった例(no Subsidence)を集計したグラフである。
【
図4】各周波数領域における音圧比(b/a)と術後インプラント沈下が生じた例(Subsidence)と生じなかった例(no Subsidence)を集計したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明は、人工股関節インプラント挿入術において、術後インプラントの沈下量を予測する方法であって、次のステップ(1)~(3)を有するを有する術後インプラント沈下量を予測する方法である。
(1)集音マイクと、入力された音の音圧と周波数を解析できるソフトとを有するコンピュータに、ブローチングの叩打音を、集音マイクを介して入力するステップ、
(2)(a)叩打音の全体の音圧と(b)各周波数領域の音圧との比(音圧比:b/a)を求めるステップ、及び
(3)0.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比と、8.5~9.5kHzの高周波領域の音圧比とから、次式により術後インプラント沈下量(mm)を予測するステップ、
【0011】
[数2]
術後インプラント沈下量=α+β×(前記低周波領域の音圧比)-γ×(前記高周波領域の音圧比)
(式中、α、β及びγは、線形回帰により得られる数値を示す)。
【0012】
従来から行われている人工股関節インプラント挿入術は、ブローチ若しくはラスプと呼ばれる機器を大腿骨内に叩打し挿入することで大腿骨内を形成し(ブローチング)、適切と思われる人工股関節サイズを判断、その後、ハンマーを用いて人工股関節を叩打し、人工股関節を大腿骨に挿入する(
図1)。このハンマーによる叩打が強すぎると医原性骨折が生じ、弱すぎると術後インプラント沈下といった合併症が生じる。すなわち、ハンマリングによる叩打が強すぎると医原性骨折が生じるので術者は、骨折が生じる前に叩打を終了する。しかし、この叩打が弱すぎると、
図2のように、手術数週間後に大腿骨の中にインプラントが沈み込む合併症(術後ステム沈下ともよばれる)が生じる。このハンマリング手技の妥当性(叩く強さや回数)は術者の主観的な技術的経験に基づき判断されていた。
そこで、本発明者は、叩打音の強さと周波数を解析し、その両者を用いれば術後インプラントの沈下量を予測できるのではないかと着想し、種々検討を行った。手術中のブローチング時の叩打音を、集音マイクを介してコンピュータに記録し、その叩打音の周波数と音圧を、術後インプラント沈下が生じた場合と生じていない場合を検討したところ、特定の周波数における音圧において、術後インプラント沈下が生じ、一方特定の周波数における音圧で術後インプラント沈下が生じていることを見出した(
図3)。
しかし、この音圧は、叩く強さにより影響を受けるため、再現性のある評価にはできなかった。そこで、全体の音圧で各周波数領域の音の強さを割ったパラメータ(音圧比)を用いることで、叩く強さに影響されない叩打音の客観的特性評価ができることを見出した。そして、この音圧比を用いて、術後インプラント沈下が生じた叩打音と生じていない叩打音の違いを解析した結果、特定の低周波数領域では術後インプラント沈下が生じ、特定の高周波数領域では術後インプラント沈下が生じないことが、統計的な有意差をもって認められた(
図4)。
次に本発明者は、統計的な手法により、前記術後インプラント沈下が生じる周波数領域と生じない周波数領域の音圧比を用いて線形回帰を行い、術後インプラント沈下量を予測できる前記の予測式を確立した。従って、コンピュータを介して、叩打音に基づいて前記ステップ(1)~(3)のステップを行えば、術後インプラント沈下量が正確に予測でき、術後合併症の発生を防止できることを見出したのである。
【0013】
本発明の前記ステップ(1)~(3)について説明する。
ステップ(1)は、集音マイクと、入力された音の音圧と周波数を解析できるソフトとを有するコンピュータに、ブローチングの叩打音を、集音マイクを介して入力するステップである。
用いられるコンピュータとしては、PC、タブレット、スマートフォンなどが挙げられる。
コンピュータは、集音マイクと、入力された音の音圧と周波数を解析できるソフトとを具備する。集音マイクによってコンピュータに入力されたブローチングの叩打音を、音の音圧と周波数に分けて解析できるソフトが必要になる。このようなソフトは、通常の音響分野で使用されるソフトであればよい。
ステップ(1)では、このような構成を有するコンピュータに、ブローチングの叩打音を、集音マイクを介して入力する。
ここで、入力する叩打音は、ブローチングのハンマリングの最終段階の3回~5回程度が好ましい。
用いられる人工股関節インプラントとしては、実際に患者に挿入されるブローチなどが挙げられる。これらのインプラントの材質は、ステンレスなどである。また、ハンマーとしては、ステンレスハンマーなどが挙げられる。前記叩打音の周波数は、インプラント及びハンマーにより相違するので、実際に使用するインプラント及びハンマーの叩打音を用いて、予め後述のステップ(2)及び(3)のデータを取っておくのが望ましい。
ステップ(1)を55例について行い、術後インプラント沈下が生じた例と生じなかった例を集計したグラフが、
図3である。
図3から、高周波領域に術後インプラント沈下が生じなかった例がある傾向が伺えるが、明確ではない。
【0014】
ステップ(2)は、(a)叩打音の全体の音圧と(b)各周波数領域の音圧との比(音圧比:b/a)を求めるステップである。
音圧は、叩く強さにより影響を受けるため、再現性のある評価にはできなかった。そこで、全体の音圧(a)で各周波数領域の音圧(b)を割ったパラメータ(b/a:音圧比)を用いることで、叩く強さに影響されない叩打音の客観的特性評価ができることを見出した。
各周波数領域における音圧比(b/a)と術後インプラント沈下が生じた例と生じなかった例を集計したグラフが、
図4である。
図4から、特定の低周波数領域(0.5~3.0kHz)では術後インプラント沈下が生じ、特定の高周波数領域(8.5~9.5kHz)では術後インプラント沈下が生じないことが、統計的な有意差をもって認められる。
【0015】
ステップ(3)は、0.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比と、8.5~9.5kHzの高周波領域の音圧比とから、次式により術後インプラント沈下量(mm)を予測するステップである。
【0016】
[数3]
術後インプラント沈下量=α+β×(前記低周波領域の音圧比)-γ×(前記高周波領域の音圧比)
(式中、α、β及びγは、線形回帰により得られる数値を示す)、
【0017】
上記式は、過去に行った
図4の結果を線形回帰することにより得られた。ここで線形回帰のソフトとしては、IBM SPSS Statistics、IBM SPSS Modeler、JMPなどを用いることができる。
前記0.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比としては、これらの領域全体の音圧比でもよいが、0.5~1.0kHz、1.0~1.5kHz、1.5~2.0kHz、2.0~2.5kHz及び2.5~3.0kHzから選ばれる低周波領域の音圧比を用いるのが好ましく、さらに2.5~3.0kHzから選ばれる低周波領域の音圧比を用いるのがより好ましい。
また、前記8.5~9.5kHzの高周波領域の音圧比としては、8.5~9.0kHz及び9.0~9.5kHzから選ばれる高周波領域の音圧比を用いるのが好ましく、9.0~9.5kHzの高周波領域の音圧比を用いるのがより好ましい。。
さらに、2.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比と、9.0~9.5kHzの高周波領域の音圧比を用いるのが好ましい。このとき、式中のαが2.634、βが3.268、γが4.956であるのが好ましい。
【0018】
ステップ(2)と(3)は、予め使用するコンピュータに、同じハンマーとインプラントを使用して、ステップ(2)及びステップ(3)を行ったデータを導入しておくのが好ましい。
【0019】
後記実施例に示すように、本発明方法により得られた術後インプラント沈下量が3mm以下あれば、実際の術後インプラント沈下量も3mm以下であると正確に予測でき、術後合併症の発生を防止できる。
【実施例0020】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0021】
実施例1
人工股関節インプラント及びハンマーとして、ストライカー社のアコード2を用いて、大腿骨への人工股関節インプラント挿入術の予備試験を行った。
集音マイクには、ブローチングの最終段階の3~5回の叩打音を入力した。
ステップ(1)を55例について行い、術後インプラント沈下が生じた例と生じなかった例を集計したグラフが、
図3である。
図3から、高周波領域に術後インプラント沈下が生じなかった例がある傾向が伺えるが、明確ではない。
【0022】
各周波数領域における音圧比(b/a)と術後インプラント沈下が生じた例と生じなかった例を集計したグラフが、
図4である(ステップ(2))。
図4から、特定の低周波数領域(0.5~3.0Hz)では術後インプラント沈下が生じ、特定の高周波数領域(8.5~9.5Hz)では術後インプラント沈下が生じないことが、統計的な有意差をもって認められる。
【0023】
図4のデータの中の2.5~3.0kHzの低周波領域の音圧比と、9.0~9.5kHzの高周波領域の音圧比を用い、IBM SPSS Statisticsにより線形回帰を行った。その結果、下記の回帰式が得られた。
【0024】
[数4]
術後インプラント沈下量=2.634+3.268×(前記低周波領域の音圧比)-4.956×(前記高周波領域の音圧比)(R2=0.361)
【0025】
このデータを用いて、術後インプラント沈下量のカットオフ値を3mmと5mmと設定すると(つまり、術後に3mm以上沈むかどうか、5mm以上沈むかどうか)、表1に示す高い予測精度を示した。
【0026】