2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Musculoskeletal Finite Element Analysis Method for Supporting Orthopedic Treatment
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18K04034
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
安達 和彦 中部大学, 工学部, 教授 (30243322)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有限要素解析 / 筋骨格モデル / 骨接合術 / インプラント / 動力学解析 / 骨折リスク評価 / 歩行解析 / 臨床バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
逆動力学解析と有限要素解析を組み合わせることによって人体運動時の骨格系に生じる動的応力分布の経時変化を可視化する新しい解析方法であるMS-FE解析法（Muscular Skeletal-Finite Element解析法）を開発することを目的とし，歩行時の大腿骨近位部の動的応力分布の経時解析を対象とする．
初年度（平成30年度）はMS-FE解析法を市販の汎用有限要素解析ソルバーABAQUSに実装した．そこでは，骨盤寛骨と大腿骨近位部の股関節骨モデルをベースに大腿骨の屈曲・伸展運動に関与する代表的な骨格筋をモデル化した．逆動力学解析で歩行一周期の間の股関節角度の時間変化とモデル化した骨格筋の筋力の時間変化を解析し，有限要素解析での変位境界条件（関節角度）と動荷重条件（筋力）として設定することで，歩行一周期内の時々刻々の股関節周りの骨格系に生じる動的応力分布を経時的に可視化することができた．続く中間年度（令和元年度）は，大腿骨全体への骨モデルの拡張に取り組むとともに，研究代表者らの過去の静止条件下での静解析との比較を行った．骨モデルの拡張では，当初に計画していた膝関節部までのモデル化には至らなかったが，大腿骨のモデル化において筋群モデルの拡張も併せて行った．過去の静止条件下での静解析との比較から，MS-FE解析で動的条件下での解析により，慣性力が解析結果の差に影響していることを示唆する結果を得ることができ，歩行周期で正規化された解析結果を参照する際に考慮すべき事項であることが明らかになった．中間年度から最終年度（令和二年度）に渡り，MS-FE解析対象のモデルの改良およびCT値に基づく被験者固有の物性値分布を反映したモデル化を実現した．
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