骨折修復部の非破壊試験による力学特性評価に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09671482
• Research Institution: SHINSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 森泉 哲次 信州大学, 医学部, 教授 (70157874)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野村 彰夫 信州大学, 工学部, 教授 (00115362) ; 斉藤 覚 信州大学, 医学部附属病院, 講師 (20175350)
• Keywords: 骨折修復 / 非破壊試験 / 超音波顕微鏡 / 力学特性 / 異方性

Research Abstract

骨組織の微少領域の力学的特性を測定する方法を確立する目的で、超音波顕微鏡(以下SAM)を用いて皮質骨および骨折部の音響的異方性の観察、および力学的特性の評価方法を検討した.骨組織のC-mode画像(音響インピーダンス(音速と密度の積)を反映した白黒濃淡画像)の観察と関心部位の超音波速度を測定した.音響的異方性は弾性表面波の音速測定に際し、スリットレンズを超音波レンズの前に取り付けこれを回転させ、0度と90度方向の音速を連続的に測定した.皮質骨の長軸と横軸方向の超音波速度の相違、すなわち音響的異方性を正常骨の骨単位(osteon)と骨折骨の仮骨部において観察した.ビーグル犬の健常脛骨皮質骨ののosteonの横断面では、新生骨部である中心管近傍osteonの音速が外側より200-300m/s程度低かった.しかし、音響的異方性はみられなかった.縦断面では中心管に平行な方向の音速がそれに直交する方向の音速より高かった.すなわち、加重方向の音速が横方向の音速より800-900m/s程度高かった.骨折脛骨では仮骨部では音速の異方性がほとんどみられなかったのに対し、元の皮質骨部では長軸方向の音速がそれに直交する方向の音速より高かった.今回のわれわれの研究で、骨組織の横断面と縦断面における音速分布の測定と異方性の観察が可能となった.つぎに、音響インピーダンス、密度、表面波速度、弾性係数の関係から、骨組織標本上で密度と弾性係数の分布を描出した.SAMを用いることで、今後、骨の微視的なモデリング、リモデリングの過程、あるいは骨の加齢的変化を材料学的観点から観察することが可能になると考えられる.

Research Products

• [Publications] 吉田郁夫ほか: "ねじれ振動とヒト大腿骨頸部の力学的特性との関係" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 19. 297-301 (1998)
• [Publications] 中土幸男ほか: "超音波顕微鏡を用いた皮質骨および骨折部の音響的異方性の観察" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 20. 発表予定 (1999)
• [Publications] 土金彰ほか: "脛骨骨折創外固定に対するインパルス衝撃応答による治癒評価" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 18. 395-399 (1997)
• [Publications] 野村彰夫ほか: "中学生および高校生におけるスポーツの有無と踵骨の超音波パラメータとの相関" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 18. 499-504 (1997)
• [Publications] 吉田郁夫ほか: "振動解析によるヒト大腿骨頚部の力学特性の評価" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 18. 235-257 (1997)
• [Publications] 中土幸男ほか: "イヌ骨折モデルにおけるインパルス衝撃応答法による骨折治癒過程の力学的評価" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 18. 401-405 (1997)