1998 Fiscal Year Annual Research Report
振動応答解析による大腿骨頚部骨折予知診断装置の開発
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10557132
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
斉藤 覚 信州大学, 医学部附属病院, 講師 (20175350)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森泉 哲次 信州大学, 医学部, 教授 (70157874)
小林 道明 北見工業大学, 教授 (20105539)
島田 享久 長野工業試験所, 製品科学部長
野村 彰夫 信州大学, 工学部, 教授 (00115362)
畑 幸彦 信州大学, 医学部附属病院, 助手 (50293527)
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| Keywords | 振動解析 / 大腿骨頚部骨折 / 骨折予知 / モーダル解析 / 骨粗鬆症 |
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| Research Abstract |
大腿骨頚部は形状,骨梁構造,皮質骨幅,骨密度および力学的特性に局所的な違いがある.これらの形状および材料特性パラメータがねじれ共鳴振動数にどのような影響を与えるかを検討するため,大腿骨有限要素法(FEM)モデルの開発を行った.作成したモデルの妥当性をインパルス衝撃応答法(IRM)による実際の大腿骨の測定結果と比較して検証した.摘出ヒト大腿骨をCT撮影し、横断面像の内径および外径の輪郭をX-Y座標系の点として表現し、これらをFEM解析プログラムに入カし,4面体の要素形状で有限要素に分割した.両端自由の境界条件下でモード解析を行い,共鳴振動数を求めた.一方,同じ摘出大腿骨の共鳴振動数をIRMにより測定し、FEMおよびIRMより得られた共鳴振動数を比較した.その結果、振動モードの出現順は一致したが,ねじれ振動でその共鳴振動数に大きな違いが見られた.そこで骨頭から転子部までのヤング率を低下させていき,「IRMの値に対する偏差」の平均が最小になるヤング率の値を求めた.この部位のヤング率を9.5×10^8Paにしたとき,FEMとIRMの共鳴振動数の差が最小となった.振動モードとその出現順は骨の形状に依存するものと考えられることから,今回のFEMモデルでは外観形状を再現性良くモデル化できた.頚部はほとんどが海綿骨で構成されているため,密度も海綿骨の値に近づけ,共鳴振動数をIRMの値に合致できた場合,ヤング率は9.5×10^8Paよりも小さい値になることがわかった.今後,CT等で得られる骨密度を参考にし,共鳴振動数がIRMの実験値と合うように双方の値を決定する予定である.さらに皮質骨および海綿骨を考慮した多層モデルの構築のため,大腿骨の形状および材料特性パラメータの変化が振動モードや共鳴振動数に与える影響について調べていく予定である.
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