体内埋設インストゥルメントの経年劣化を探索評価するための広帯域超音波装置の開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K12929
• Research Institution: Hamamatsu University School of Medicine
• Principal Investigator: 谷 重喜 浜松医科大学, 医学部, 教授 (80217116)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 脊髄ロッド / 金属疲労 / 非破壊検査

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，体内に埋設された金属などの硬体部位の状態内部を非観血的に体外から超音波にて評価観察するものである．この目的から体内埋設対象物である硬体としてチタン合金の超音波による金属内部探傷検査を行っている．体内に埋設されたチタン合金として脊髄ロッドが挙げられる。脊椎ロッドは屈曲した脊椎を伸ばした状態で脊椎に埋め込まれた固定ネジで架橋される。この時に脊椎ロッドは体幹の屈曲に対する曲げの圧力を頻繁に受ける。
上記した状況を精査するために破断した脊髄ロッドの破断面の評価を光学顕微鏡ならびに電子顕微鏡にて行うことを計画した。光学顕微鏡にての観察評価は、破断した脊椎ロッドを直接検鏡できるが、電子顕微鏡で観察を行うには脊椎ロッドを試料ベースに固定できる小サイズに切断加工する必要がある。この切断加工時の物理的影響も検証しなければならない。この物理的影響は圧力と裁断時の摩擦熱による影響である。これらを検証するための各種試料サンプルをチタン合金のロッドから小サイズのペレット状に加工した。光学顕微鏡による検鏡は、直接観察で評価を行ったが、電子顕微鏡観察では試料サンプルの確認行っているところである。
超音波装置の製作は、大きく超音波発信機、超音波受信機および超音波振動子（センサー）からなる。このセンサーは、直接脊椎ロッドに超音波を与えて内部からの反射信号を受信することになるため、超音波伝達のロスを減らすための加工を行った。この加工はロッドのサイズ系を考慮し、円柱状の曲面に沿うように音響レンズの働きを担う樹脂をセンサーに取り付け、脊椎ロッドとの超音波伝道の効率化を試みたものである。脊椎ロッドとセンサーと超音波的な間隙の除去はグリセリンにて行ったが、人体への適応に関しては、無害性の検証を行う予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

計測するための対象物の条件設定を明確にするために、多くの条件を考慮して試料サンプルを作成した。この試料サンプルに対して金属疲労の状態を検証するための破断試験装置の製作に時間を要しているために計画がやや遅れている。破断試験装置は工業的な試験装置として存在しているが、脊椎の動きに近似した動きを再現するモデルケースに即した状態を作るためである。
超音波装置に関しては、数MHｚから数十MHｚまでを発信並びに受信できる装置を用意した。この装置に脊椎ロッドに対して超音波を発信ならびに受診するセンサーとの整合性の検証や調整に計画した予定より、やや時間を要している。

Strategy for Future Research Activity

測定対象となるサンプルと実態との乖離の有無を検証し、試料評価の正確度を増す研究を推進する。この精度を向上した試料サンプルの作成では、生体埋設金属への疲労度の周期などを人体が実際に屈曲するときの条件に即した繰り返し頻度で行う予定である。
超音波装置については、サンプルの形状を考慮したセンサーの製作を優先する。特に表面が湾曲した資料との密着性の工夫や緩衝材の検討などを優先して行う。

Causes of Carryover

超音波検証装置の製作に要する金額が初年度予定額を超えるために次年度予定金額とを合わせて製作を行うためである。

Expenditure Plan for Carryover Budget

理由欄に記載した超音波検証装置の製作を早期に行う予定である。