科学研究費補助金研究成果報告書研究種目: 基盤研究(C)研究期間: 2002～2005課題番号: 14570852研究代表者: 高田 政彦（滋賀医科大学・医学部・講師）研究分担者: 今井 晋二（滋賀医科大学・医学部・助教授

IMAI Shinji

TAKADA Masahiko

今井 晋二

高田 政彦

Research Paper科学研究費補助金研究成果報告書研究種目: 基盤研究(C)研究期間: 2002～2005課題番号: 14570852研究代表者: 高田 政彦（滋賀医科大学・医学部・講師）研究分担者: 今井 晋二（滋賀医科大学・医学部・助教授）research repor

高田, 政彦

TAKADA, Masahiko

今井, 晋二

IMAI, Shinji

Shiga University of Medical Science Repository BI WAKO / 滋賀医科大学機関リポジトリ

臨床用CTによるヒト腰椎インビボ3次元骨梁構造解析-横断的検討と縦断的検討-著者 高田 政彦, 今井 晋二発行年 2007-03その他の言語のタイトルThree-dimensional analysis of trabecular bonestructure of human vertebra in vivo usingmulti-detector row computed tomography -crosssectional and longitudinal studies-URL http://hdl.handle.net/10422/6429臨床用CTによるヒト腰椎インピボ3次元骨梁構造解析-横断的検討と縦断的検討一14570852 平成 14年度~平成 17年度科学研究費補助金(基盤研究 (C))研究成果報告書平成 19年 3月研究代表者高田政彦滋賀医科大学医学部講師1 ~ IIIIIIIII~ 1111 ~ 11111111 はしがき骨粗繋症は、骨量の減少とともに骨の脆弱性が充進し、骨折の危険度が増加した状態であり、高齢化社会を来たしつつあり、本邦においては、骨粗霧症の予防は急務の事態である。骨量を測定することは、骨折リスクを推測する上で、第一の手法であるが、骨の脆弱性を評価する上、その骨梁構造を評価することが重要で、あることが明らかとなってきている。臨床用のCT用いて、インピボにて3次元的に骨梁構造を評価する本研究は、骨粗懸症の診断に革新的な手法となることが期待される。研究組織研究代表者:高田 政彦滋賀医科大学医学部講師研究分担者:今井晋二滋賀医科大学医学部助教授交付決定額(配分類) 金額単位(円)直接経費 間接経費 合計平成 14年度 40，000 。 40，000 平成 15年度 50，000 。 50，000 平成 16年度 40，000 。 40，000 平成 17年度 50，000 。 50，000 総計 180，000 。 180，000 研究発表(1) 学会誌等Kikuchi K. Takada M. Imai S. Matsusue Y. Three-d i mens i ona I ana I ysi s oftrabecu I arbone structure of human vertebra in vivo Using Multi-detector row computed tomography-correlation with bone mineral density and abi I ityto discriminate women with vertebral fractures Journal of Bone and Mineral Metabol ism (submitted) (2) 口頭発表発表者名高田政彦、村田喜代史、菊地克久、今井晋二、南郷惰史題名「マルチスライスCTの画像データを用いたヒト腰椎インビボ次元骨梁構造解析ー横断的検討の第一報」学会名 第23回日本骨形態計測学会2003.7.3・5発表者名高田政彦、村田喜代史、菊地克久、今井晋二、南郷修史題名「臨床用CTによるヒト腰椎インピボ3次元骨梁構造解析ー横断的検討'-J学会名 第5回日本骨粗繋症学会2003.10.9-10発表者名Takada M. Murata K.Kikuchi k. Imai S 題名Three-dimensional analysis of trabecular bone structureof human vertebra in vivo using image data from multi-detector row computed tomography-correlation with bone mineral density and abi I ity to discriminate women with vertebral fractures 学会名26th Annual Meeting of the american Society for Bone and Mineral research 2004.10.1-5 発表者名菊地克久・今井晋二・高田政彦・松末吉隆題名「マルチスライスCTの画像データを用いたヒト腰椎 invivo 3次元骨梁構造解析-第2報-J学会名第 10回近畿骨粗繋症研究会2004~2.21 (3) 出版物著者名高田政彦、菊地克久、今井晋二、村田喜代史題名平成 15年度文部科学省科学研究補助金採択研究課題の成果「臨床用CTによるヒト腰椎インビボ 3次元骨梁構造解析一横断的検討と縦断的検討J雑誌名INNERVISON Vol19. No.7，p50， 2004 研究成果題名「臨床用CTによるヒト腰椎インビボ3次元骨梁構造解析一横断的検討と縦断的検討'-Jはじめに骨の脆弱性を評価する上、その骨梁構造を解析することは重要で、あり、マイク白CTや高解像度MRIを用いた検討が行われてきており、多くの知見が得られつつある。ヒト腰椎において、インビボにて骨梁構造を評価できれば、経時的な観察が可能で、、より有用な知見が得られると想定される。最近の臨床用CT装置であるマルチスライスCT(MSCT、別名、 multi-detectorrow CT， MDCT)では、横断面において、理論上、最高 100ミクロン程度の解像度を有しており、ヒト腰椎の骨梁を描出することが可能で、ある。そこで、我々は、 MSCTの画像データを骨梁構造解析ソフトに読み込ませることにより、インピボにおいて骨梁構造を解析するシステムを構築し、屍体腰椎を用いて、その再現性の検討を報告した。本研究においては、臨床症例において、横断的に腰椎骨量と骨梁構造パラメータとの相関を検討し、これらの骨梁構造パラメータが、椎体骨折を有する女性と有さない女性の識別が可能であるかを検討し、さらに縦断的に検討し、骨梁構造パラメータが骨の経年的な脆弱性変化を捉えることができるかどうかを検討する。対象と方法対象は、当附属病院整形外科骨粗繋症外来を受診した女性の中で、骨代謝に影響を及ぼす可能性のある病歴や薬剤の使用歴のある者を除いた、対象は47名の女性 (71+8)、この中で、 20名は脊椎無骨折 (67+8)、27名は有骨折者 (74+7)。シーメンス社製マルチスライスCTsomatomplus 4 zoomを使用し、 140Kv，170mAs，スライス厚O.5mmにて第3腰椎の撮像を行った。 CT画像の再構成を、field of volume=50mm (横断面の解像度0.97x097mm)，02mm間隔にて行い、得られた画像データをラトツクシステムエンジニアリング社製の3次元骨梁構造解析ソフトTriBonにて読み込み、 3次元画像を作成した。その中に、すでに報告した方法により、椎体中央の軸断面において、栄養血管孔を除いた最大の正方形を底面とし、終板を含む軸断面を除いた立方体の関心領域を設定した。骨密度(BV/TV)、骨梁幅(Tb.Th)、骨梁数(Tb.N)、骨梁間隙(Tb.Sp. )、骨パターンファクター(TBPf)、StructureModel Index(SMI)、フラクタル次元(FD)の算出を行った。 2値化処理については、ソフトウエアの自動プログラムを用いた。 CT撮像の前後1ヶ月以内にGEー ノレナー 社製のLunarDPX-LにてDXA法による腰椎骨量測定を行い、第3腰椎の骨密度を算出した。 3次元骨量構造パラメータと骨量との相関を 1次回帰直線にて行い、無骨折者と有骨折者との識別能を、 t検定にて検討した。 p<0.05を有意とした。その後、これらの対象につき、年1回、 MSCTによる腰椎撮像とDXAによる骨量測定を行い、骨梁構造パラメータが、経年的変化を捉えることができるかどうかを検討した。結果第3腰椎骨量とBV/TV，Tb.Sp， TBPf， SMI， FDの聞に、この順にO.30， O. 32， -0. 46， -0. 44， 034 (p < O.05)の有意な相関を認めた。骨折者の識別については、 TBPf，SMI， FDが、それぞれ、 t値=2.6，3.2， 2.4にて有意差を認めた。また、 L3BMDは両者の識別ができなかった。症例の各測定値を表 1に、 3次元骨梁構造パラメータと骨密度の相関係数と非骨折群と骨折群の識別能を示す t値を表2に示す。骨梁構造パラメータの中で、 TBPf，SMI， FDは、骨量との相関を認め、骨折者の識別が可能であり、骨構造の脆弱性を評価できることが確認された。考察。本方法において算出された 3次元骨梁構造パラメータについては、 BV/TV、Tb. Th、Tb.Sp、では、 Majumdarらの同程度の解像度を有する高解像MRIを用いた榛骨や腫骨によるデータに近似していた。しかし、マイクロCTを用いた腰椎摘出標本の解析では、平均で、 BV/TV=8弘、 Tb.Th=120ミクロン、 Tb.Sp=800ミクロンであり、特にBV/TV、Tb.Thは、本方法ではかなり大きく算出されている。解像度を考慮するとマイクロCTによる数値の方が、より真の値に近いと考えられ、本方法程度の解像度では、数量的指標は過大評価されていると思われる。TBPf、SMI、FDの非数量的指標については、 TBPfでは、伊東らのマイクロCTによる腸骨標本の解析では、 -0.15から3.5と変動があり、今回の検討においても、マイナスからプラスまでの変動を認めた。マイクロCTによる解析において、SMIには、部位による差異があることが知られており、大腿骨では、プレート状の骨梁の割合が多く、平均0.41、腰椎では、円柱状の骨梁の割合が多くなり、平均2.0と報告されている。本方法では、第3腰椎おいて平均約2.0であり、マイクロCTによる解析結果と同程度で、あった。 FDについては、高解像MRIを用いた腫骨では、1.7であったが、本検討では、 2.56とかなり高い数値が算出された。TBP f， SMIについては、文献上の報告に近い数値が算出されたが、これらの非数量的指標は、ある幅の聞を変動する数値であり、真の値と言うものは存在しない。従って、数値そのものよりも、変化を捉えることができるかどうかが重要と思われる。DXA法による面積骨密度との相関では、相関係数は高くはないものの、 BV/TV，Tb. Sp， TBPf， SMI， FDとの聞に有意な相闘が認められた。骨量の減少とともに、BV/TVが減少、骨梁間隙が増大しており、少なくとも骨梁が失われていることが捉えられていると思われる。骨梁幅では有意な相関が得られず、骨梁間隙にて有意となった点は、解像度に起因していると思われる。骨粗乗客症化では、骨梁も細くなると推測されるが、脱落する骨梁もあり、骨梁幅より骨梁間隙の方がより大きく変動すると思われる。従って、本方法程度の解像度では、骨梁幅よりも、骨梁間隙の方が変化を捉えやすいと考えられる。非数量的指標については、骨量減少とともに、 TBPfは増加しており、これは骨表面の形状で凸面の割合が増加、すなわち骨梁の連結性が低下していることを意味しており、妥当な結果と考えられる。 SMIは、骨量減少とともに増加しており、 SMIの概念、からは、骨梁構造の中で、プレート状骨梁の割合が減少し、円柱状の骨梁の割合が増加していることを意味しているが、骨梁がプレート状から円柱状に変化していくと考えるよりは、ソフトウエアが、縦横の骨梁が密な状態ではプレート状骨梁の割合が多いと認識し、骨量が減少し、横の骨梁が失われ、縦の骨梁が主体となってくる段階では、円柱状骨梁の割合が多いと、認識するのではないかと思われる。 FDも、骨量減少とともに減少し、構造の複雑さが減少していることを示し、妥当な結果と思われる。図1に検討した症例の中の代表的な画像を提示する。図1Aは高骨量で椎体骨折を有さない症例で、いずれのパラメータも良い数値を示した。 TBPfは、マイナスの数値となり、理論上は、骨梁の表面が凹面で、連結性が高いことを表してしている。 SMIは1に近く、骨梁構造はプレート状骨梁が多いことを表している。一方、図 lBの低骨量で、椎体骨折を有する症例では、いずれのパラメータも悪化した。 TBPfは、プラスの数値となり、骨梁の表面が凸面となり、連結性が低下していることを意味し、 SMIは2を超え、円柱状の骨梁の割合が増加していることを意味する。 FDも低下しており、構造の複雑さが減少してことを表している。視覚的にも、図lAに比べ図 lBでは、骨梁構造が粗造となっていることが描出されていると思われるが、構造指標からも、その変化が裏付けられてし、る。成果のまとめと将来展望本検討において、骨梁間隙や体積骨密度などの数量的指標よりも、非数量的指標であるTBPf，SMI， FDにおいてより高い相闘が得られたことは、骨の脆弱性の評価に構造を評価することが有用で、あることを示唆しており、本方法でも、これらの構造指標は、変化を捉えることができることを示唆していると思われる。横断的検討において、骨折者と非骨折者の識別が可能であり、骨粗繋症の評価に有用と思われる。各個体において、骨梁の構造指標が経年的にどの程度変化するかは、 4年間の追跡では、有意な変化を見出せなかったが、今後も本研究を継続していく予定である。骨粗葉会症治療薬の効果が構造指標により判定できるかどうかも有望な検討課題である。表1 Means & SDs of L3-BMD & 3D structural parameters parameters 無骨折者 有骨折者L3 BMD (g/cm2) 0.82 :t 0.13 0.76 :t 0.16 / BV/TV(%) 38.9 :t 3.6 37.6. :t 3.3 Tb.Th. (μm) 364 :t 27 364 :t 22 Tb.N. 1.07 :t 0.08 1.03 :t 0.07 Tb.Sp. (μm) 574 :t 71 609 :t 67 TBPf -0.14 :t 0.51 0.22 :t 0.43 SMI 1.65 :t 0.40 1圃98:t 0.31 Fra.ctal D. 2.58 :t 0.04 2.56 :t 0.03 表2骨梁構造パラメータの腰椎骨量との相関、骨折者の識別Parameters 腰椎骨量との相関 骨折者の識別r p t値BV/TV 0.35 0.040 n.s. Tb.Th. 0.19 n.s. n.s. Tb.N. 0.30 n.s. n.s圃Tb.Sp. -0.32 0.044 n.s. TBPf -0.46 0.003 2.6 SMI -0.4 0.008 3.2 Fractal D. -0.34 0.035 2.4 L3---BMD n.s. 69才女性、高骨量、脊椎骨折なしL3 BMD=0.87 [g/ cm2J BV /TV=47.2% Tb.Th=411 [umJ Tb.N=1.15 [1/mmJ Tb.Sp=459 [umJ TBPf= -0.694 SMI=1.12 F ractal D=2.63 71才女性、低骨量、脊椎骨折ありL3 BMD=0.6 [g/ cm2J BV/TV=33.2九Tb.Th=339 [umJ Tb.N=0.98 [1/mmJ Tb.Sp=683 [umJ TBPf= 0.652 SMI=2.35 F ractal D=2.53 

臨床用CTによるヒト腰椎インビボ3次元骨梁構造解析-横断的検討と縦断的検討-

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Three-dimensional analysis of trabecular bone structure of human vertebra in vivo using multi-detector row computed tomography -cross sectional and longitudinal studies-

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