骨粗鬆症による大腿骨頚部骨折の発生機序と骨固定インプラントの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580839
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 速水 尚 近畿大学, 生物理工学部, 助教授 (20173057)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 孝志 京都大学, 医学部, 教授 (10201675)
• Keywords: 骨粗鬆症 / 大腿骨頚部骨折 / 破壊様式 / 骨固定インプラント / 摩擦 / 骨伝導能

Research Abstract

本研究では,大腿骨近位端の海綿骨について骨粗鬆症による易骨折性の発現機構を構造工学的視点から検討するための方法を開発する.また,この方法によって得られた解析結果を基にして,骨粗鬆性骨折でも長期に安定して骨折部を固定することができる骨折部固定システムを開発することを目的としている.
平成14年度では,μCTを測定しながら骨に変形を与えて,その動態を観察する方法を完成させた.また,実際にヒト骨粗鬆海綿骨と正常海綿骨を用いて両者の動態の違いを比較的に検討した.結果として,骨形態計測パラメータの内,骨梁の3次元的な連結性が骨梁構造の剛性と最も深い関係にあること等を示した.
平成15年度では,14年度に行った実験の実験数を増やして統計的な検討を行った.そして,骨粗鬆症海綿骨の破壊様式をShear型,Crack型など3種類に分類して.骨粗鬆症に伴う骨梁構造形態の構造脆弱性と破壊様式の関係を検討した.骨粗鬆症海綿骨は正常海綿骨に比べると見かけのせん断強さは30%程度と弱かった.せん断強さは破壊様式に依存するが,その程度は小さい.荷重の作用方向によって破壊様式は変化するが,その原因は骨萎縮後の骨梁それぞれの形態的変化に依存すると思われた.すなわち,部位によって骨梁の構造剛性が異なり,荷重支持機能に形態の差が顕著に反映されるためであると考えられた.
骨固定用ねじのねじ部と骨との固定具合を,両境界の接触摩擦や材料非線形を考慮しつつFEM解析によって検索した.最適ねじ山形状を検索するため,5種類のねじ山形状を提案して骨に分布する応力とひずみの状態を検討した.また,ねじ表面にハイドロキシアパタイト薄膜をコーティーングして,骨との間に骨伝導能を期待したねじ/骨システムの有限要素構造解析と変形シミュレーションも行った.

Research Products

• [Publications] 速水尚: "マイクロCTによる骨粗鬆化骨梁構造のせん断破壊挙動の評価"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 113-118 (2002)
• [Publications] T.Hayami: "Structural fragility mechanism in human osteoporotic trabecular bone"ACTA of Bioengineering and Biomechanics, Proceedings of the 13th conference of ESB. Vol.4 Suppl1. 744-745 (2002)
• [Publications] 速水尚: "マイクロフォーカスX線CTを用いた骨粗鬆症海綿骨の構造脆弱性評価"第4回放射線による非破壊評価シンポジウム論文集 日本非破壊検査協会. 発表予定. (2004)