大腿骨頚部骨折防止用個体別ヒッププロテクターに関する生体力学的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450044
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 田中 英一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00111831)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 創太 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (80293653)
• Keywords: 大腿骨頸部骨折 / 高齢者 / 転倒 / ヒッププロテクター / 生体力学 / 有限要素解析

Research Abstract

本研究は,近年急増している高齢者の転倒による大腿骨頸部骨折の予防を目的とし,有効な骨折予防策として期待されている腰部プロテクターの設計要件を生体力学的に検討し,さらに個体別最適設計システムを構築することを目指すものである.平成13年度はその第1段階として,大腿骨頸部骨折を生じるような転倒を模擬したシミュレーションを実施可能なシステムの開発を行った.
まず,従来研究代表者らが開発してきた個体別大腿骨有限要素モデル構築プログラムを改良し,実際の転倒を模擬可能な動的有限要素解析に適したメッシュ分割をされた大腿骨有限要素モデルを構築した.さらに,大腿骨を覆う筋・脂肪組織,皮膚組織を模擬した有限要素モデルと,その他の人体各部要素を等価質量を持つ剛体によりモデル化し,高齢老人女性の全身モデルを構築した.これにより転倒シミュレーションを行い,転倒時に作用する荷重方向,大腿骨の形態的特徴,骨粗鬆症の進行程度が大腿骨頸部骨折発生に及ぼす影響を検討し,個体の特徴および転倒条件と骨折発生の危険性との関連性を評価した.
次に,このモデルに対し,典型的な形状のヒッププロテクターを取付け,プロテクターの材質と構造の違いによる衝撃緩和効果を検討した.具体的には材質のヤング率,厚さ,プロテクターの内側と皮膚との接触面積の影響を評価した.その結果,中空なドーム状構造を持ち,かつ殻部の材料が低密度ポリエステルのような軟質材料であるものが効果的であることがわかった.

Research Products

• [Publications] E.Tanaka 他5名: "Mechanical Evaluation of Hip Fracture Using Finite Element Analyses"Mechanical Properties of Advanced Engeneering Materials IMMM 2001. 275-282 (2001)
• [Publications] 田中英一他4名: "形態・骨密度の性差を考慮した大腿骨頸部骨折の力学的発生要因の検討"日本機械学会講演論文集. 013-2. 164-165 (2001)
• [Publications] 田中英一他5名: "転倒を模擬したシミュレーションによる大腿骨頸部骨折の力学的検討"日本機械学会講演論文集. 01-27. 23-24 (2001)
• [Publications] 水野雅士他8名: "大腿骨頸部骨折型の決定因子(第3報)-骨密度及び骨密度分布,荷重方向の関与についての検討-"第28回日本臨床バイオメカニクス学会予稿集. 28. 56 (2001)
• [Publications] 田中英一他5名: "動的有限要素解析による大腿骨頸部骨折の検討"第51回理論応用力学講演会講演論文集. 171-172 (2001)