生体システムの機能的適応に関するバイオメカニクス的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04237102
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 林 紘三郎 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (90026196)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 進治 北海道大学, 歯学部, 教授 (80001791) ; 堤 定美 京都大学, 生体医療工学研究センター, 助教授 (00028739) ; 千原 国宏 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (80029561) ; 尾田 十八 金沢大学, 工学部, 教授 (30019749) ; 伊能 教夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (70126308)
• Keywords: バイオメカニクス / リモデリング / 機能的適応 / 有限要素法 / 膝蓋腱 / 顎骨 / 矯正

Research Abstract

本研究は、生体組織の機能的適応、リモデリングの現象の詳細なる把握、並びにそのメカニズムを解明することを目的とする。昨年度設置、整備した実験装置、並びに開発した解析手法を利用して、概略以下にまとめるような興味ある結果が得られた。
1 成長過程の負荷変動、定量的日常負荷の繰返しに対する家兎膝蓋腱の力学的、形態学的反応を調べ、この組織が合目的に適応反応することが明らかになった。
2 下顎骨の構造と力学的性質を定量的に取り扱うために、CT画像の殻構造化と、CT値からの弾性計数の算出と表現に成功し、種々の力学的解析を行い、下顎骨の基本的な力学的挙動を明らかにした。
3 骨に対して広範囲な条件で力学的負荷を作用させ、組織学的観察、新生骨量の計測を行うとともに、得られた結果をもとに骨再構築に関する理論モデルの提案をし、これを実験的に立証した。
4 基礎的研究として、薄片化した骨試料を利用して、マイクロCTに取り込み、再構成することによって骨の微細構造の3次元画像を得ることが出来た。
5 腰椎と下顎骨を対象として、海綿骨の微細構造を考慮にいれたシミュレーションモデルを作成し、負荷に対する反応を調べた結果、正常モデルと骨粗鬆症モデル生体で観察される形態変化を再現することが出来た。
6 矯正力による歯の移動に伴う歯周囲組織の変化を、組織学的並びに超微細構造学的に観察した結果、反応は局所的に極めて大きく異なることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 林紘三郎: "Experimental approaches on measuring the mechanical properties and constitutive laws of arterial walls" Trans.ASME,J.Biomech,Eng.115. 481-488 (1993)
• [Publications] 伊能教夫: "CTデータからの咀嚼システムに関する生体情報の抽出" 機械力学・計測制御講演論文集. B. 251-254 (1993)
• [Publications] 尾田十八・他1名: "遺伝的アルゴリズムを利用した最適トラス形態決定法" 日本機械学会論文集(A). 59. 1568-1573 (1993)
• [Publications] 千原國宏: "骨の微細三次元構造のプレゼンテーション" Med.Imag.Tech. 11. 341-342 (1993)
• [Publications] 堤定美: "Biomechanical Influences of the Cranio-Maxillo-Facial System on its Form and Function" Theoretical and Applied Mechanics. 42. 299-306 (1993)
• [Publications] 中村進治: "歯列模型形状計測システムを用いた歯の三次元移動量解析" 北海道歯学雑誌. 14. 49-58 (1993)