岛根大学开发的精密骨加工装置，利用自体骨制作骨钉治疗骨折
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内尾祐司（Uchio Yuji） |
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今出真司（Imade shinji） |
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◆ 前言
在关节内骨软骨的骨折治疗中，必须在不损害关节表面适应性的情况下修复剥落或游离的软骨碎片。金属螺钉的固定力虽然比较大，但螺钉头只要在关节表面上稍微突出一点，就可能会损伤对面的正常软骨表面。另外，骨折愈合后还需要手术取出螺钉（拔钉手术）。利用聚乳酸材料制作的生物可吸收性骨针在骨折愈合后无需实施拔钉手术，但可能会出现异物反应，造成软骨变性。此外，还有医生利用患者自身的骨头（自体骨）手工制作骨钉的方法，不过骨钉的形状和尺寸不固定，固定力也比较薄弱，接合部的稳定性尚存在课题。
为解决以上问题，我们开发出了精密骨加工装置，利用该装置能在清洁的环境下，利用手术中选取的自体骨快速制作出骨制螺钉。本文主要介绍该装置的开发过程、利用该装置制作的骨制螺钉的临床应用以及今后的展望。
◆ 开发契机
开发精密骨加工装置的契机是在临床中遇到了生物可吸收材料造成的异物反应案例。患者是一位20多岁的女性，打排球时膝盖扭伤，膝盖骨的骨软骨骨折。手术时利用生物可吸收骨钉进行了固定，术后1年骨折愈合，无疼痛症状，恢复情况良好，但术后5年膝关节屈伸时发出弹响并伴有疼痛。利用MRI检查发现，生物可吸收骨钉有残留，引起异物反应，造成骨钉周围的软骨变性，骨钉相对突出，因而出现了上述症状。该病例最终分两个阶段进行软骨细胞培养移植才完全治愈。
根据上述临床案例，我们认为需要开发一种能解决以往方法存在的课题的新治疗法。也就是要在手术过程中，在清洁的环境下制作并固定螺钉，要求固定材料不会在体内产生异物反应，而且是能取代骨组织的材料（自体骨），不能像骨钉那样不稳定，要具备固定力强的螺钉结构。
◆ 精密骨加工装置的开发
骨头不同于金属，不是单一材料，而是胶原蛋白和羟基磷灰石以层状重叠的不均匀材料。必须找到一种能利用骨组织准确、安全、快速地制作骨制螺钉的最佳加工方法。因此，我们围绕骨加工的最佳切割深度和角度、最佳设计、表面粗糙度和强度、软骨修复等进行了基础研究，并与日本Nano股份公司（神奈川县横滨市）共同开发了可以杀菌、能在手术室中使用、利用100V电源、通过计算机进行控制的静音精密骨加工装置（照片1）。
照片1：精密骨加工装置（第1代）
截至目前，已在岛根大学医学部伦理委员会的批准下，利用该方法做过12例手术（舟状骨骨折假关节7例、膝盖骨软骨骨折2例、足趾假关节1例、希伯登氏结节1例、腕骨不稳定症1例）。对其中11例观察了术后一年以上的恢复情况，除术后患类风湿性关节炎的1例以外，其余10例全部愈合良好，骨选取部位顺利再生（图1、2），完全不影响日常生活和体育活动。
图1：利用骨制螺钉固定的骨折部位的时间变化
图2：采骨部位的时间变化
◆ 今后的展望
目前，我们正在构筑根据患者术前的图像数据（CT、MRI）和术中直接铸型的转印模型，将骨缺损部作为三维坐标在计算机上进行整合，并与精密加工机联动的系统。现在正与日进制作所股份公司、Hikawa精工股份公司及岛根县产业技术中心共同开发第2代骨部材用复合加工机（照片2），与现有机型（第1代）相比，可缩短骨加工时间，除螺钉结构外还能进行复杂加工的三维结构。开发完成后，不仅是骨制螺钉，还能制造适合粉碎性骨折和人工关节再置换手术等骨缺损部位的三维骨组织。将来，针对自体骨的精密骨加工技术将提高移植骨的附加值。
照片2：骨材用复合加工机
自体骨不存在发生异物反应的危险，而且含骨形成蛋白，有利于骨愈合。该系统利用能进行优化设计的计算机控制骨部材用复合加工机，可以在手术过程中准确、安全、快速地制作三维骨组织。今后，通过进一步研究，确立该方法的有效性和安全性之后，不单单是骨折，应该还能成为骨移植的新治疗法。
相关链接（日语）
出处：产学官合作期刊杂志2018年6月号[网址]
