生体表面の動的熱・変位情報を用いた生体硬組織の力学的挙動の推定法

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07405007
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 尾田 十八 金沢大学, 工学部, 教授 (30019749)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 富田 勝郎 金沢大学, 医学部, 教授 (00092792) ; 坂本 二郎 金沢大学, 工学部, 助手 (20205769) ; 山崎 光悦 金沢大学, 工学部, 教授 (70110608)
• Keywords: 生体硬組織 / 変位分布 / 温度分布 / 逆解析 / 画像解析 / 有限要素法 / 最適化法 / 複合構造

Research Abstract

本年度は本研究の最終年度であるため,そのまとめを含め次のような研究を実施した。
1. 前年度から進めている生体表面の変位・ひずみ,温度分布データより,生体内硬組織の力学的挙動を推定する方法論を、3次元FEMと大規模最適化法の組合せによって確立する研究を行った.具体的には,まず3次元硬組織解析システムとして,3次元CTによって生体から求められる硬組織の立体モデルをCADシステムで作製し,それを基本形状モデルとし,次にそれにPATRANやANSYSのシステムを結合して,変位・応力・ひずみを容易に解析するシステムを作った.一方,最適化手法としては推定対象モデルの複雑性,大規模性を考慮して,最適性規準法,GA法およびCA法の有効性を調べた.その結果GA,CA法の利用が良く,これらと3次元解析システムの結合を図った.
2. 1のシステムを用いた医学的臨床応用例として,骨折治療用の創外ステム利用者に対し,そのステムに生ずるひずみ分布より,骨折部の治癒進行状況の推定を行った.特に骨折部の弾性,超弾性的特性が,いかに外部測定ひずみデータによって推定可能かを,実験を行うことによって明らかにした.
3. 本研究成果の学会での講演発表や,学会論文への投稿および成果報告書の作成を行った.

Research Products

• [Publications] 尾田十八: "Mechanical Evaluations of Structural and Material Composition of Eggshell." JSME Int.J.(SeriesA). 41・1. 121-126 (1998)
• [Publications] 尾田十八: "創外固定された脛骨骨折部の力学的特性の推定法に関する研究" 日本機械学会論文集. 64・625. 201-206 (1998)
• [Publications] 尾田十八: "進化的セルラ・オートマトンによる構造物の最適化の研究" 日本機械学会論文集. 64・628. 1-6 (1998)
• [Publications] 尾田十八: "仙骨全摘出術後再建構造のねじり負荷に対する力学的考察" 日本機械学会北陸信越支部第36期総会講演会. (1998)
• [Publications] 尾田十八: "仙骨全摘出術後の再建構造の力学的評価に関する研究" 第11回バイオエンジニアリング講演会. (1998)
• [Publications] 尾田十八: "二次性関節症を有する日本人患者に適した人工股関節ステムの関発について" 第11回バイオエンジニアリング講演会.