| Project/Area Number |
20K12721
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90140:Medical technology assessment-related
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| Research Institution | Tokyo Medical University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立岩 俊之 東京医科大学, 医学部, 准教授 (00424630)
宍戸 孝明 東京医科大学, 医学部, 教授 (70266500)
正岡 利紀 東京医科大学, 医学部, 准教授 (70256270)
山本 謙吾 東京医科大学, 医学部, 主任教授 (10246316)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 人工股関節 / 複合セラミックス / 加速エージング / 相変態 / 残留応力 / 構造健全性 / 低温劣化 |
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| Outline of Research at the Start |
現在、人工股関節インプラントには、アルミナ―ジルコニア複合セラミックスが使用されているが、生体内で低温劣化（LTD）と呼ばれる経年劣化が生じることが課題となっている。セラミックインプラントの安全性を正確に評価するためには、LTDに関する厳密な実験検証が不可欠となるが、現行のISOやASTMの標準化試験は生体条件を単純化した画一的試験であるため、患者の体内に挿入して初めて不具合が表出する可能性が危惧されている。本研究では、最新複合セラミック製人工股関節の長期構造健全性を明らかにし、次世代材料開発の足掛かりにするとともに、耐用予測精度向上のための新たなシミュレーション条件について具体的提示を行う。
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| Outline of Final Research Achievements |
Alumina-toughened zirconia (ATZ) and zirconia-toughened alumina (ZTA) artificial hip joints are known to undergo low-temperature degradation (LTD) due to the aging of zirconia. Our accelerated aging results revealed nucleation and growth of zirconia monoclinic crystals in ATZ, leading to faster LTD progression compared to ZTA; however, ATZ showed better crack shielding capability due to greater compression generated during crack-induced transformation. On the other hand, ZTA exhibited slower LTD progression due to the absence of crystal growth, suggesting long-term structural stability; however, it is inferior to ATZ in crack-shielding capability, necessitating caution in ceramic-on-ceramic sliding surface configuration. Furthermore, accelerated aging with introduced microcracks under stress concentration provided data closer to clinical scenarios than current standardization tests.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
現行の標準規格化された耐用予測試験は生体内条件をごく単純化した画一的試験であるため、実際の臨床データと大きな誤差が生じ得ることを本研究で示した。この解決策の一つとして、ジルコニア含有セラミック製インプラントの経年的なLTDシミュレーションにおいては、応力集中下に加速エージングを実施することの有用性を提示した。またジルコニア含有量を減らすとLTD（単斜晶核成長）を抑制できるが、亀裂遮蔽能が低下するという一長一短があることを示し、この知見に基づき臨床での機種選択における留意点についても提案した。
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