CTベースの3Dフェノタイピングによる人工膝関節全置換術（TKA）前評価と分類研究

人工膝関節全置換術は変形性膝関節症（KOA）の患者を中心に多くの患者に行われており優れた成績を示している手術です。本研究は、TKAの術前計画および術後評価を目的として、KOA患者の膝関節の3次元的な解剖学的構造を特徴づける基礎的な分類を確立したものです。著者らは従来の2次元的な評価法では捉えきれない膝関節の複雑さを考慮し、CTスキャンと機械学習を組み合わせた新しいアプローチを開発しました。

【方法】単一の多施設紹介センターのデータベースから収集された1352件のTKA前の下肢CTスキャンを使用し、検証済みの深層学習およびコンピュータビジョンプログラムによって、各CTスキャンから27の下肢測定値を取得しました。教師なしスペクトルクラスタリングアルゴリズムを用いてコホートを形態計測的に分類し、最適なクラスタ数を決定し、各クラスタの特徴を分析しました。

【結果】スペクトルクラスタリングにより、4つの異なるTKA前の解剖学的形態（タイプ1、タイプ2、タイプ3、タイプ4）が明らかになりました。タイプ1とタイプ3は明確なアウトライヤーであり、股関節の回旋、脛骨内側の後方傾斜、股関節-膝-足首角度、脛骨大腿角度、脛骨内側の近位角度、および大腿骨外側の遠位角度が4つの形態を区別する主要なパラメータでした。重度の変形によって影響を受ける変数を取り除いた後の二次分析でも、同じ識別変数を持つ4つの異なるクラスタが再度示されました。

【結論】CTベースのフェノタイピングにより、変形性膝関節症の膝の解剖学的構造が4つの基本的な形態に分類され、タイプ1とタイプ3はTKAを受ける膝の26％に存在するアウトライヤーを表しています。従来の冠状面解剖学的構造を重視した分類とは異なり、TKAを受ける膝の3Dフェノタイピングにより、アウトライヤー症例の認識が可能になり、形態学的に多様な手術集団の評価にとって重要な成果です。

論文情報
Woo, Joshua J. BA1; Hasan, Sayyida S. BS2; Zhang, Yibin B. BA3; Nawabi, Danyal H. MD4; Calendine, Cory L. MD5; Wassef, Andrew J. MD1; Chen, Antonia F. MD, MBA6; Krebs, Viktor E. MD7; Ramkumar, Prem N. MD, MBA1,a. Distinct 3-Dimensional Morphologies of Arthritic Knee Anatomy Exist: CT-Based Phenotyping Offers Outlier Detection in Total Knee Arthroplasty. The Journal of Bone and Joint Surgery ():10.2106/JBJS.24.01466, August 29, 2025. | DOI: 10.2106/JBJS.24.01466
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