2001 Fiscal Year Annual Research Report
成長残留応力による生体骨骨梁構造の微視的リモデリングメカニズムに関する研究
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13750081
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Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
東藤 正浩 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (10314402)
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| Keywords | 骨組織 / 残留応力 / 骨梁構造 / リモデリング / 格子構造モデル / 構造最適性 |
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| Research Abstract |
本研究「成長残留応力による生体骨骨梁構造の微視的リモデリングメカニズムに関する研究jでは,骨梁内残留応力の測定による微視的再構築モデルの実験的立証を目的とする。平成13年度では、海面骨骨梁内の微視的構造内に存在する残留応力を推定するにあたり、骨梁構造を対象としたメゾスケールでの残留応力状態を評価した。その結果、海綿骨骨梁構造の格子構造モデルとパラメータ同定,格子構造モデルに基づく海綿骨骨梁構造の残留応力推定について,以下の研究成果が得られた.
1.海綿骨骨梁構造の三次元斜交格子セルモデルとパラメータ同定
巨視的には直交性を仮定できる骨梁構造においても,微視的には個々の骨梁が直交するわけではない.そこで海綿骨の格子構造モデルを斜交格子へと一般化した.海綿骨の力学特性は材料試験機による力学試験により,形態特性はマイクロX線CT画像による特徴量解析により評価し,格子構造モデルのパラメータを同定する手法を提案した.その結果,海綿骨の形態特性およぴ力学特性から,骨梁構造を三次元斜交格子セルによりモデル化することが可能となった.
2.格子構造モデルに基づく海綿骨骨梁構造の残留応力推定
牛尾椎体を用いて,皮質骨および海綿骨骨梁構造を順次分割し,高次構造のもつ不静定性を逐次的に取り除くことで発生するひずみを観察した.さらに海綿骨骨梁構造の円筒格子モデルに基づき,観察された解放ひずみから残留応力を推定した.その結果,牛尾椎体の海綿骨骨梁構造において体幹軸方向、径方向、周方向に引張残留応力が存在し、骨梁単位で分布していることが確認された.また生体内荷重下での海綿骨骨梁構造において,残留応力が有効応力分布の不均牲を低減させ,構造最適性に寄与していることが確認された.
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