Development of prediction method of bone strength using Multdisciplinary Computational Anatomy with solid damage mechanics
Publicly Offered Research
| Project Area | Multidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy |
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| Project/Area Number |
17H05300
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
東藤 貢 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (80274538)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | CT画像 / 有限要素法 / 骨粗鬆症 / バイオメカニクス / 損傷力学 / 骨折 / 生体工学 / 整形外科 / 損傷モデル / 整形外科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、多元計算解剖学の一分野として、臨床用CT画像と有限要素法を用いたコンピュータ・シミュレーション法(CT-FEM)と損傷力学の理論を組み合わせることで、骨の強度解析法を確立し臨床応用することを目的とした。H30年度の代表的研究成果としては以下の通りである。
（１）マイクロCT画像を用いたヒト大腿骨頭海綿骨の骨梁構造を考慮した数値モデルによる解析結果と、3Dプリンターを用いて骨梁構造を模擬して作製した多孔質構造体の力学試験結果を比較検討することで、骨梁構造の微視的変形破壊機構と巨視的な弾性率等の力学特性がCT-FEMの技術で再現可能であることを確認した。
（２）外力作用下での頚椎の骨折形態としてAnderson typeが知られているが、その発生メカニズムについては未知である。本研究では年齢と骨密度が異なる2名の患者CTデータより頚椎モデルを作成し、CT-FEMで骨折解析を行ったところ、2種類の全く異なる骨折形態を示すことを明らかにした。
（３）献体大腿骨の力学試験から得られた実験データをCT-FEMで再現することを試みたところ、従来の理論モデルでは初期剛性が大きく異なることが分かった。そこで、骨密度分布と弾性率を関連付ける新しい理論式を構築しシミュレーションに導入したところ、4種類の大腿骨試験結果のすべてに対して、高精度で初期剛性を予測できることが明らかになった。
（４）脳神経外科を受診した84名の患者の脊椎CTデータより、244個の椎体モデルを作成し、CT-FEMを用いて椎体強度と骨密度指標であるYAM値の相関について調査したところ、正常な骨密度を示すが骨折危険性が高い椎体を持つ患者が少なからず存在することが明らかになった。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
