生体骨組織に内在するリモデリング応力のX線測定に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12480254
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 但野 茂 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50175444)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 直樹 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (40142202)
• Keywords: バイオメカニクス / 骨構造 / リモデリング / 皮質骨 / X線測定 / 残留応力

Research Abstract

・微視的骨構造解析:家兎頸骨から切出した皮質骨試験片を用いて、骨内ハイドロキシアパタイトのX線極点図を測定し、結晶配向性を評価した.そして、ハイドロキシアパタイト結晶配向性と巨視的異方性弾性定数の関連性を解析的に検討するための手法を検討した.特性X線回折装置は所有しているので、多目的測定装置を購入し、位置決めの高精度化をはかった.
・皮質骨構成法則の定式化:引張試験と曲げ試験により皮質骨の応力-ひずみ関係を測定し、異方性を考慮した巨視的な構成法則を定式化した.これには、有機成分のコラーゲンと無機成分のハイドロキシアパタイトの複合材料的力学相互作用を考慮した.さらに、この構成法則に微視的構造解析で得られた結晶格子パラメータを内部変数として組み込む方法を検討した.
・X線回折による生体骨内結晶ひずみの精度確認:構造上の異方性が既知の生体骨を4点曲げ試験装置によって変形させ、その際に生じたひずみとX線特性値との関係を求めた.これに購入したひずみ測定アタッチメントを用いた.そして測定可能なハイドロキシアパタイトの結晶構造と方位を決めた.
・生体骨のX線弾性定数測定:短冊状に切出した薄い試験片を用いて、X線装置試料台上で引張り試験を行い、同時にX線回折実験を行い、骨構造のX線異方性弾性定数を求める方法を検討した.

Research Products

• [Publications] S.Tabano: "Residual Stress Induced from Bone Structure and Tissue in Rabbit's Tibia"Proceedings of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 529-530 (2000)
• [Publications] M.Todoh: "Polychromatic X-ray Measurements of Anisotropic Residual Stress in Bovine Femoral Bone"ISME International Journal, Series C. 43・4. 693-700 (2000)