2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the new rod for spinal instrumentation for reducing its loosening risks based on mechanical validation
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16K05993
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
田原 大輔 龍谷大学, 理工学部, 准教授 (20447907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 英樹 名古屋市立大学, 整形外科, 教授 (70334779)
辻上 哲也 龍谷大学, 理工学部, 教授 (80243179)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 脊椎固定術 / 有限要素法 / 繰り返し負荷 / 引き抜き試験 / 空孔分析 / 破壊 / 緩み / 椎体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脊椎固定術におけるスクリューの緩みの抑制を狙ったダンパ相当機構を持つ可動式ロッドに対し，本研究では，計算・実験的手法により，緩みの抑制効果を評価した．平成30年度は，平成29年度までに構築した第9胸椎から第3腰椎の脊椎固定術の有限要素モデルに対し，実用的な荷重条件下で非線形骨折解析を行い，スクリュー周囲の微小破壊を評価した．また，模擬骨に従来・可動式ロッドを挿入した試験片に対する繰り返し負荷後の引き抜き試験を継続するとともに，スクリュー周囲の模擬骨の微小破壊挙動を画像分析した．研究実績の概要は，以下の2点にまとめられる．
1. 可動式ロッドのダンパ詳細構造と骨の非均質な物性を反映した有限要素モデルを用い，屈曲，伸展，回旋，側屈運動を想定した解析を行い，骨の微小破壊挙動を評価した．可動式ロッドは，従来ロッドより破壊要素数が少なく，その差は，屈曲，伸展，回旋，側屈運動でそれぞれ26 %，29 %，35 %，4 %となった．これより，可動式ロッドは，スクリュー周囲の微小破壊を抑制し，特に回旋運動のような厳しい脊椎への荷重条件下で緩み抑制に有用であることが示された．
2. 模擬骨を用いた固定術試験片に対し，繰り返し負荷後に引き抜き試験を行い，最大引き抜き荷重を評価した．また，X線CTによるスクリュー孔形状を撮影してスクリュー孔の体積を算出した．その結果，可動式ロッドは，スクリュー孔の先端や出口付近の径の増大が抑制された．また，スクリュー孔の体積増加と引き抜き荷重低下の相関関係が見られ，微小破壊に起因するスクリュー孔の体積増加が，スクリューの固定力の喪失（引き抜き荷重の低下）につながることがわかったが，可動式ロッドでは，繰り返し負荷の変位量が増加してもスクリュー孔の体積の増加が抑えられ，引き抜き荷重も有意に低下しなかった．これにより，可動式ロッドの緩み抑制効果が高いことが示された．
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