個体別モデリング手法に基づく骨体強度評価システムの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11558105
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 伊能 教夫 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70126308)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村山 寿 呉羽化学工業株式会社, 生物医学研究所, 研究主任 ; 槙 宏太郎 昭和大学, 歯学部, 講師 (80219295) ; 宇治橋 貞幸 東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 教授 (80016675)
• Keywords: 骨体の頑健性 / 脊椎骨 / 個体別モデリング / CTデータ / 応力解析

Research Abstract

本研究の目的は、非侵襲の状態で骨体の構造力学的強度を評価可能なシステムを構築することである。本年度(平成12度)は、昨年度の研究成果を発展させながら、実験手法および解析手法を改良し、骨体の頑健性を定量的に測定可能なシステムを構築することを目指した。開発した実験手法および解析手法は以下の通りである。
1.まず、動物の脊椎骨としてラットを使用した。これは、昨年度使用したウサギの脊椎骨よりも骨体構造がヒトに近いためである。ただし、ラットの脊椎骨は非常に小さいため昨年と同様な方法では骨体両端を樹脂で成形することは困難であった。そこで、この作業を支援するための試験片作成装置を開発した。
2.次に、骨体試験片の圧縮実験時の荷重条件を定量的に測定するための装置を製作した。昨年度は、感圧シートを骨体両端に挿入し、この部分に生じる力の状態を感圧シートの濃度分布から算出した。しかし、この方法では経時的変化が積算されてしまうため圧縮破壊時の荷重条件が明確でないとう問題があった。そこで今年度は、骨体両端に加わる荷重を上下計8個のロードセルを配置して荷重状態を経時的に計測する装置を開発した。この測定装置によって、圧縮実験時に骨体に加わる荷重状態が正確に把握できるようになった。
3.作成したラット脊椎骨試験片は、圧縮実験前にマイクロCT装置を用いてスライス画像を得た。この画像データを用いて試験片の有限要素モデルを作成し、破壊時の荷重条件を境界条件として応力分布を求め、本年度提案した方法の有効性を確認した。

Research Products

• [Publications] 伊能教夫: "個体別モデリング手法による推体の頑健性評価"日本機械学会 バイオエンジニアリング講演会講演論文集. No.00-35. 122-123 (2000)
• [Publications] Norio INOU: "Evaluation of Mechanical Robustness of a Vertebra Based on the X-ray CT data"Proceedings of 10th ICBME. 1. 537-538 (2000)