2018 Fiscal Year Annual Research Report
Bone Tissue Mechanics under Deformation with Interaction between Molecla and Crystal of HAP and Micro Structure
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15H02207
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| Research Institution | Hakodate National College of Technology |
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Principal Investigator |
但野 茂 函館工業高等専門学校, 校長, 校長 (50175444)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横田 秀夫 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (00261206)
東藤 正浩 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10314402)
高畑 雅彦 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (40374368)
藤崎 和弘 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (90435678)
山田 悟史 北海道大学, 工学研究院, 助教 (90730169)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 生物・生体工学 / 生体材料 / 複合材料・物性 / 細胞・組織 / 老化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、骨組織の分子・結晶レベルの荷重伝達・負荷応答を明らかにし、これらが高度に組織化されたマイクロ構造体の変形相互作用を調べるとともに、各階層間の力学的機能相互を評価し、骨組織における強度特性の発現機構を解明することを目的とした。最終年度では、以下の成果を得た。
1）小角・広角X線回折計測および多点ラマンスペクトル測定による高精度ラマン分光計測により、組織応力に対するHAp/Colひずみの線形的増加、すべてのラマンシフトの減少傾向を確認した。骨HAp/Colが骨の力学特性に寄与することを明らかにした。骨組織の脱灰処理によりHApを段階的に除去し、小角・広角X線回折計測およびラマン分光計測によりHAp/Colの負荷応答を観察した結果、脱灰による組織ひずみに対するHApひずみの減少とColひずみの増加を確認した。HAp/Col体積割合の変化による組織弾性率の低下が考えられる。ラマン分光計測においてもCol由来ラマンシフトの応答が見られ、骨の微視的力学解析の指標としての可能性を示した。
2）開発した3次元内部構造観察・力学的特性分布計測システムにより、皮質骨の3次元マイクロ骨構造体と3次元硬さ分布ならびに弾性率分布の関係を得た。また、骨幹皮質骨の弾性率とHApひずみの異方性を調査した結果、力学的異方性が構造異方性に依存することを示した。皮質骨のHAp変形状態とマイクロ骨構造体観察より、残留応力が骨形成に関連して内部に生じることを示した。また、海綿骨圧縮強度特性と海綿骨構造の関係について整理した。臨床MRIによる海綿骨撮影データより、MRIで計測されるT1・T2マップ値が骨強度特性と相関することを示した。
以上より、補助事業期間を通して、骨組織の分子・結晶レベルの荷重伝達・負荷応答、および骨組織における階層間の力学的相互、強度特性との対応を明らかにすることができた。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(20 results)
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[Journal Article] Magnetic resonance imaging T1 and T2 mapping provide complementary information on the bone mineral density regarding cancellous bone strength in the femoral head of postmenopausal women with osteoarthritis2019
Author(s)
Kaori Endo, Masahiko Takahata, Hiroyuki Sugimori, Satoshi Yamada, Shigeru Tadano, Jeffrey Wang, Masahiro Todoh, Yoichi M. Ito, Daisuke Takahashi, Kohsuke Kudo, Norimasa Iwasaki
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Journal Title
Clinical Biomechanics
Volume: 65
Pages: 13-18
Peer Reviewed / Open Access
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