2017 Fiscal Year Annual Research Report
Research and Development of Tailored Design and Manufacturing Method of Organ Model Material Derived from PVA for Surgical Training
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15K05699
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
辻上 哲也 龍谷大学, 理工学部, 教授 (80243179)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田原 大輔 龍谷大学, 理工学部, 准教授 (20447907)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 整形外科手術シミュレータ / 模擬骨・模擬臓器 / トルク試験 / 骨ドリリング特性 / マイクロフォーカスX線CT / 均質化法 / 柔さ試験 / テクスチャ試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．模擬骨の構成成分とドリリング特性の関連の評価のため，まず，新規模擬骨をX線マイクロCT撮影し，3Dプリンタを用いて模擬骨を製作した。次に，PVAを含む実際の模擬骨と3Dプリンタで作成したPVAを含まない模擬骨を対象とし，ねじ押し抜き試験を行った。実際の模擬骨の変位に伴う荷重変化は，3Dプリンタ素材の模擬骨よりも小さい結果を示した。新規模擬骨に含まれるPVAは，ドリリング時の抵抗および，ドリルと模擬骨間の発生応力の抑制に寄与するためと考えられる。実骨に近いドリリング特性を実現する上で荷重減少時・残存荷重時の特性が重要であり，その制御にPVAが密接に関連していることが示唆された。
２．模擬骨の製造方法の違いが力学的特性へ与える影響を調査した。新規模擬骨は異方性を示すが，気泡の形と向きを分析することで，異方性の度合いを評価可能であることがわかった。模擬骨の気泡形態の制御の可能性を検証するため，流出口の大きさや位置が模擬骨の力学的特性に与える影響を調査した。その結果，それぞれの製造方法で異方性の度合いが変化しており，発泡の流れ方向にヤング率が高くなることを確認した。流出口の大きさや位置，数を変更することで異方性の度合いが制御でき，用途に合った模擬骨の製作が可能であることが示唆された。
３．模擬臓器の機械的特性評価を行うため，軟材料に対するヤング率の評価手法の検討を行った。軟材料のヤング率の測定を行うには， Hertzの弾性接触理論に基づく球状圧子の押込み試験法がある。しかし，試料厚さによる床反力の影響があるため，接触理論の補正手法を確立した。また，テクスチャ試験機を用いた円柱圧子による圧縮試験によるヤング率同定について，補正手法を確立した。これら2つの評価手法は，厚さの影響を考慮することで模擬臓器材料の評価手法として有効であることが示唆された。
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