研究成果ご紹介します。

「当研究所では、医工連携に基づいた人間にやさしい医療機械の創製をおこなっています。」

1. 低侵襲型股関節手術(SPO法)における医療従事者トレーニングモデルの開発

本モデルは,石川可鍛製鉄(株)と金沢工業大学医工融合技術研究所の共同で開発されたものであり,骨や筋肉の硬度が実際の部位と近い値を示す.
SPO法 : Spherical periacetabular osteotomyの略称であり,寛骨臼回転骨切り術(RAO)の応用術式である.RAO法は中殿筋を切離して骨切りを行うため,ベッド上の術後安静期間が長く,筋肉回復にも多くの時間を要するのに比し,金沢医科大学兼氏教授らが行うSPO法は,筋肉の切離を最小限とするため改善された術式であることが特徴である.

2. カスタムメイド人工股関節(ステム)の設計・製作システムの開発

大腿骨ステムを個々人の患部形状に合わせて設計することにより,ステム挿入後のルーズニングを防止し,長期安定した人工骨の使用が可能となる.
具体的には,患者のCT画像より得たデータを3Dモデル化し,応力データと手術手技の方法より最適形状を設計する.また,人工骨に使用する材料は生体適合性を考慮したチタン系材料である.

a)
b) c)
図1 股関節ステム設計の様子

a) CT画像からのデータ抽出と3Dモデル化
b) 断面をハニカム構造とし,ストレスシールディングを軽減したステム
c) 金沢在住の患者をモデルにカスタムメイドしたステム

3. 脳神経外科用マイクロシザースの設計・製作

脳腫瘍の摘出や開窓術を行う際には,障害を軽減するため的確に患部付近にアプローチする必要がある.本開発製品は内視鏡鉗子孔に挿入して使用するマイクロシザースであり,外形約2mmの鉗子孔に挿入使用可能である.本製品は特許を取得済みである.(特許第5707575号 「軟性内視鏡用処置具および鋏鉗子」)

図2 開発した内視鏡用シザース

a) 内視鏡先端から見えるシザース先端
b) 経鼻内視鏡に挿入した場合の例を示す

4. 股関節摩耗シミュレータの開発

新規股関節インプラントを実用化するためには,稼動部位の運動性や耐摩耗性を検証する必要がある.本装置は複合加工機を転用した股関節の摩耗試験シミュレータであり,屈曲・伸展・外転・内転運動を可能とし,歩行時の荷重変動も付加できるなど(股関節骨頭―臼蓋間の運動を再現した)ISO14242-1規格に準拠した摩擦・摩耗試験機である.(特許第5561587号 「人工関節の摩耗試験装置及び摩耗試験方法」)

図3 シミュレータ全体の様子

図4 股関節運動を模擬した稼動部の様子

 

5. 静脈注射練習用シミュレータ

療従事者が患者に静脈注射を施行するときのスキル向上を目指して開発された静脈注射練習用シミュレータである.特に高齢者は静脈の硬化や周辺組織の保持力低下など,穿刺位置の確保が難しい場合が多々生ずる.本製品は正規な位置に確実安全に穿刺するための練習が可能であり,穿刺位置も確認できる機構も付与している.


図5 静脈注射練習用シミュレータ

a) 人体の静脈の確認の様子
(スタープロダクト(株)社製ベインビュアフレックスを使用)
b) 腕部拡大
c) 静脈注射シミュレータの全体像

6. ドレーン排液モニタリング装置

術後の患者の体腔内にはドレーンが留置され,ドレーンを通じて体腔内にたまった血液や滲出・化膿性分泌液・空気などを体外に誘導し排出するドレナージが行われている.ドレナージは単に不要な排液を排出する目的だけではなく,排液の量,性状,色調などから,術部の回復の状態や早急な処置の必要性などさまざまな情報を得ることも目的としている.しかし,現在の判断基準は看護師の個人の力量に依存しており,客観的とはいえず,また,絶えず観察し続けていないため術後合併症を早期に発見できない恐れがある.そこで,術部からの出血を早期発見する目的で,赤外線を用いてドレーンチューブ中に流れる排液中のヘモグロビン濃度Hbを非接触で測定し,濃度に応じて青(Hbが2 g/dl 未満),黄(2〜4 g/dl),赤(4 g/dl以上)のLEDが点灯する装置を金沢医科大学看護学部と株式会社松浦電弘社と共同開発した.

図6 ドレーン排液モニタリング装置

7. 褥瘡手技モデル(IMデブリ君) 石川可鍛製鉄株式会社との共同開発

近年褥瘡の処置は,熟練した医師ばかりではなく,不慣れな医療従事者も褥瘡の治療を行うケースが増えている.この褥瘡手技練習モデルはこのような手技のスキル向上のために開発されたものであり,手技施行後カートリッジを脱着し新規のものに取り換えることにより繰り返し練習が行えるようになっている.


図7 ポケット状褥瘡モデル


図8 一般的褥瘡モデル

8. 手術手技用腕モデル 石川可鍛製鉄株式会社との共同開発

人体の腕強度試験や挟み込み事故防止のため事前に行われる装置の稼働実験等に使用できる.特性は生体腕機能にきわめて近い特性を持つ.

図9 骨や筋肉を再現した腕モデル

図10 手首を切断して見える内部骨の様子

図11 再現された末節骨,中節骨,基節骨,中手骨,手根骨など

9. 脊椎すべり症に使用する高骨伝導型椎体ケージの開発

                         図12 左:考案したDLC被膜された人工椎体ケージ,
                             右:DLC被膜3Dハニカム積層体       


図13 埋植8週で空洞部に形成された新生骨(整然と並んだ骨細胞からなる層板骨と線維状骨とが観察される)


人工椎体ケージの内部を3Dハニカムとし,DLC被膜を施すことで早期高骨伝導能を付与したものである.従来はこのハニカム部に自家骨を充填して使用していたが,3Dハニカム人工足場材に置き換えることにより,健常部からの骨採取を必要としなくなるため,人体をむやみに侵襲せずこれによる感染リスクも低減される.(写真左は開発した高骨誘導型椎体ケージ,右はブロック状に積層した3Dハニカム人工足場材料)(特許第6467675号「骨組織形成のための足場材料」)