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生体骨構造のマルチスケール性を考慮したりモデリングメカニズムに関する研究

Research Project

Project/Area Number 16760071
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

東藤 正浩  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10314402)

Project Period (FY) 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2005: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2004: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Keywords骨組織 / 階層構造 / 骨単位 / コラーゲン / アパタイト / 複合構造 / 最適構造 / 骨梁構造 / 皮質骨微細構造 / X線回折
Research Abstract

本研究では,骨組織の微視的構造・力学解析に基づき,マルチスケール性を考慮した再構築メカニズムを明らかにすることを目的とし,以下の研究成果が得られた.
1.アパタイト-コラーゲン構造を考慮した微視的骨組織複合構造モデルの構築
骨組織のアパタイト-コラーゲン微視構造に着目し,アパタイト要素とコラーゲン要素からなる骨組織有限要素モデルを構築した.有限要素法により骨組織の巨視的な力学特性を再現する微視的な構造パラメータを同定し,骨組織の有限要素モデルを用いた力学シミュレーションにより骨組織の巨視的なひずみと内在する微視的なひずみ分布の関係を明らかにした.
2.X線回折による骨組織内微視ひずみの実験的観察
骨組織のコラーゲン-アパタイト構造に着目し,X線回折により外的負荷に対するコラーゲンおよびアパタイトの力学的応答を観察した。また結晶配向性および結晶化度から推定される微視的構造特性に着目し,構造特性と力学特性の関係についても明らかにした.
3.脊椎孔構造周辺部における骨組織の微視的最適構造
ウシ腰椎の孔構造周辺部における骨組織の微視的な構造特性を明らかにし,孔構造周辺部における骨組織の構造最適性について検討した.微視的には骨組織は無機質のアパタイトと有機質のコラーゲンからなり,コラーゲンとアパタイト結晶の配向方向には深い関係がある.そこで孔構造周辺部でのアパタイトの結晶化度と結晶配向性をX線回折により測定し,微視的な構造特性を明らかにし,巨視的な孔形状と微視的な構造・力学特性の関係から骨組織の最適構造性について考察した.

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (10 results)

  • [Journal Article] Optimal Microstructure of Bone around Nutrient Foramen in Lumbar Vertebral Body2006

    • Author(s)
      Bijay GIRI
    • Journal Title

      日本機械学会講演論文集 No.05-66

      Pages: 251-252

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Observation of Kinetic Response of Mineral and Collagen Phases in Bone by X-ray Diffraction2005

    • Author(s)
      Masahiro TODOH
    • Journal Title

      SPring-8 Research Frontiers 2004

      Pages: 35-36

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Mechanical Behaviour of Mineral and Collagen Phases in Bone : Observation by X-ray diffraction2005

    • Author(s)
      Masahiro TODOH
    • Journal Title

      Proceedings of the 2^<nd> Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics

      Pages: 136-136

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Anisotropic Modeling of Bone Tissue with Composite Structure of HAp-Collagen2005

    • Author(s)
      Masahiro TODOH
    • Journal Title

      Proceedings of the 2^<nd> Asian Pacific Conference on Biomechanics (CD-ROM)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Strain Measurement of Cortical Bone under Tensile Loading Using Transmitted X-ray Diffraction2005

    • Author(s)
      Kazuhiro FUJISAKI
    • Journal Title

      Proceedings of the 12^<th> International Conference on Biomedical Engineering (CD-ROM)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 片足坐骨神経切断による脛骨皮質骨微細構造への影響2005

    • Author(s)
      吉野 勝之
    • Journal Title

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      Pages: 65-66

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] X線回折による骨組織中コラーゲン-アパタイトの力学的挙動観察2005

    • Author(s)
      東藤 正浩
    • Journal Title

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      Pages: 69-70

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] X線イメージングプレートを用いた皮質骨内HAp結晶のひずみ測定2005

    • Author(s)
      藤崎 和弘
    • Journal Title

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      Pages: 71-72

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Cone-Beam型3次元CTデータ画像を用いた骨内部構造モデリング手法2005

    • Author(s)
      中土 裕樹
    • Journal Title

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      Pages: 145-146

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Relationship between Mechanical Property of Cancellous Bone and Hardness of Trabeculae2004

    • Author(s)
      Masahiro TODOH
    • Journal Title

      JSME International Journal Vol.47,No.4

      Pages: 1075-1078

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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