脛骨関節軟骨および軟骨下骨の力学的特性評価に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650110
• Research Institution: Niigata College of Technology
• Principal Investigator: 坂本 信 新潟工業短期大学, 生産システム工学科, 助教授 (80215657)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 直人 新潟大学, 医学部, 教授 (10251810)
• Keywords: 生体力学 / 材料力学 / 軟骨 / 皮質骨 / 押し込み試験 / 超音波 / 微小硬さ試験 / 弾性率

Research Abstract

高齢化社会が進むとともに,変形性膝関節症患者の増加傾向が整形外科では大きな問題となっている.変形性膝関節症の発生機序には不明な点が多く,特に力学的環境と関節症との関係を明らかにすることが重要である.しかし,これまでの膝関節構成組織に関する研究では,関節軟骨や骨単体について,それぞれ独立に取り扱っており,軟骨下骨の直接的な測定や下骨と軟骨との関係について明確に調べた例は見当たらない.そこで本研究では動物及びヒト脛骨関節について,その関節軟骨と軟骨下骨の力学特性分布について詳細に明らかにすることが主な目的である.
平成11年度には,軟骨の力学特性を評価する押し込み試験装置を製作した.これは,対象とする軟骨に対して,押し込み荷重を小型ロードセルにより,押し込み変位を非接触型レーザ式変位計により,それぞれ厳密に測定し,数種類の大きさの圧子を用いるとともに,研究代表者らの独自のデータ解析手法を用いて,これまで分離して求めることが不可能であった力学パラメータ,すなわち弾性率及びポアソン比を定量的に評価し,その分布を明らかにする測定システムである.
また,軟骨下骨の力学特性評価のために,超音波顕微鏡及び微小硬さ試験による試験法の確立を動物及びヒト皮質骨を対象に行った.
さらに,変形性膝関節症患者から摘出した5例のヒト脛骨関節を対象に基礎実験を試みた.その結果,次のことがら等を明らかにした.
1.軟骨が薄い部位では,軟骨の見かけの剛性及び軟骨下骨の弾性率は大きくなる傾向が認められた.
2.軟骨が薄くなると軟骨下骨が負担する荷重割合が増加し,軟骨下骨の弾性率が上昇すると考えられた.
以上の結果については全で国内学会及び国際会議にて発表済みまたは発表予定である.

Research Products

• [Publications] 坂本信 ほか4名: "脛骨膝関節近傍組織の力学的特性評価"日本機械学会 第12回バイオエンジニアリング講演会・講演論文集. 99-37. 109-110 (2000)
• [Publications] 坂本信 ほか4名: "皮質骨の微小硬さと引張り特性との関係"日本機械学会 第12回バイオエンジニアリング講演会・講演論文集. 99-37. 75-76 (2000)
• [Publications] 坂本信,坂井淳: "The Relationship Between Microhrdness and Bending Strength of Bovine Cortical Bone"12th Conference the European Society of Biomechanics. (発表予定). (2000)