2008 Fiscal Year Annual Research Report
CT画像併用人工関節設計システム開発および複合材料製ステムの製作
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16100007
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
座古 勝 Osaka University, 大学院・工学研究科, 特任教授 (40170831)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 秀樹 大阪大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (60191558)
菅野 伸彦 大阪大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (70273620)
倉敷 哲生 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30294028)
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| Keywords | 人工関節 / 有限要素モデリング / 複合材料 / CT画像 / 骨物性評価 / マルチスケール解析 / 生体適合性 |
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| Research Abstract |
交通事故や骨粗鬆症に起因する股関節破壊による歩行活動障害を回復するための人工股関節の高信頼性・高機能化は急務の課題であり,従来の金属製人工股関節では個人の骨格形状に適合するような外形加工の実施が困難である.そこで,患者の骨形状に応じた複合材料製人工関節設計システムの開発を目指し,平成20年度は下記の項目について重点的に研究を推進した.
(1)ミクローマクロ連成解析プログラムによる人工股関節-骨系の応力解析の実施
前年度までに構築した,損傷異方性を考慮したマルチスケール損傷進展解析手法に基づき,有限要素モデルを多段階に重ね合わせ,スケール間の連成問題として巨視的な変形状態と微視的な力学的挙動の把握を行った.開発したプログラムを用いて人工股関節-骨系の応力解析を実施し複合材料製人工股関節の特性を評価した.
(2)人体骨物性計算手法の構築
骨部の骨密度と弾性係数・強度の関係を明確にするべく,CT撮像による骨密度計測ならびにマイクロインデンテーション試験法による微視領域の力学特性評価試験を実施した.その結果として,骨組織の力学的異方性の影響が無視できない点を明らかにし,方向別にCT値から骨の弾性係数を定量的に評価する手法を構築した.
(3)複合材料製ステムの製作と骨モデルでの耐久性評価試験の実施
複合材料製ステムを制作し,骨モデル(光造形樹脂モデルおよびドライボーン)を用いてステムを装着した状態での耐久性評価試験を実施した,解析結果とも考察を行い,ステム-骨間の応力伝達および応力集中箇所等の機構を明らかにした.
(4)生体適合性評価試験の実施
ステムの生体適合性評価のため動物実験を通じ材料適合性に関する実験・考察を行い,その成果を各学会誌において発表した.
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