Establishment of evaluation standards for stems fixation by stress and displacement between prostheses stems and femoral tissue

2010 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21700470
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: SAKAI Rina Kitasato University, 医療衛生学部, 講師 (10383647)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Keywords: 人工股関節 / インプラント / 股関節ステム / 初期固定 / 有限要素解析 / シミュレーション

Research Abstract

Although the relationship between the contour and stress or micro-motion at the fixation site has been analyzed, guidelines on stem design have not been established. Contact stress at the fixation site of a joint prosthesis was analyzed by an explicit three-dimensional finite element method. The situation of the initial fixation about the specific part which becomes important clinically based on the results was clarified. This study highlights the mechanical instability of the fixation site of joint prostheses, and thus suggests that the general idea that unconditionally recommends a larger area for the fixation site of joint prostheses should be revised.

Research Products

• [Journal Article] 人工股関節ステムのセメントレス固定における打ち込み力の推定 (2011)
  • Author(s): 酒井利奈, 高橋亮子, 高平尚伸, 内山勝文, 山本豪明, 福島健介, 森谷光俊, 内田健太郎, 高相晶士, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Journal Title: バイオメカニズム学会誌 35(1) Pages: 52-57
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Initial fixation of a finite element model of an AI-Hip cementless stem evaluated by micromotion and stress. (2010)
  • Author(s): Sakai R, Sato Y, Itoman M, Mabuchi K.
  • Journal Title: Journal of Orthopedic Science 15(1)(IF : 1.027) Pages: 132-139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] in vitro テストに基づく人工股関節ステム転子間プレートの影響評価 (2010)
  • Author(s): 酒井利奈, 尾畑幸代, 吉岡亮, 糸満盛憲, 前澤伯彦, 馬渕清資
  • Journal Title: バイオメカニズム学会誌 34(3) Pages: 71-77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 人工股関節ステムのセメントレス固定における術中骨折の発生条件 (2010)
  • Author(s): 酒井利奈, 高橋亮子, 高平尚伸, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Journal Title: 臨床バイオメカニクス学会誌 31 Pages: 271-282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] セメントレス軸旋型人工股関節ステムの固定部接触圧力の感圧フイルムによる測定 (2010)
  • Author(s): 尾畑幸代, 酒井利奈, 吉岡亮, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Journal Title: 臨床バイオメカニクス学会誌 31 Pages: 287-292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 人工膝関節ポリエチレンインサートの圧縮強度基準 (2010)
  • Author(s): 馬渕清資, 酒井利奈, 占部憲
  • Journal Title: 臨床バイオメカニクス学会誌 31 Pages: 207-212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Finite element analysis of the effect of proximal interlocking on primary fixation of the Intra-Medullary Cruciate Stem. (2009)
  • Author(s): Sakai R., Sato K., Itoman M., Mabuchi K.
  • Journal Title: Journal of Orthopedic Science 14(1)(IF : 1.027) Pages: 85-95
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 軸旋型人工股関節ステムのプレート部における微可動の有用性 (2009)
  • Author(s): 酒井利奈, 小川直, 尾畑幸代, 糸満盛憲, 前澤伯彦, 馬渕清資
  • Journal Title: 日本生体医工学会誌 45(5) Pages: 417-422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有限要素解析による人工股関節ステムのフランジモデルとカラーモデルの応力分布の比較 (2009)
  • Author(s): 酒井利奈, 小川直, 糸満盛憲, 尾畑幸代, 菊池康博, 馬渕清資
  • Journal Title: 臨床バイオメカニクス学会誌 30 Pages: 287-292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] マイクロモーションとvon Mises 応力によって評価したAI-Hip cementless stem有限要素モデルの初期固定性 (2009)
  • Author(s): 酒井利奈, 佐藤祐輔, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Journal Title: バイオメカニズム学会誌 33(1) Pages: 71-77
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有限要素解析によって評価したステム近位部のプレートの有用性 (2009)
  • Author(s): 酒井利奈, 小川直, 尾畑幸代, 菊池康博, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Journal Title: 日本人工関節学誌 39 Pages: 426-427
• [Journal Article] 人工膝関節に使用されている超高分子量ポリエチレンの圧縮強度 (2009)
  • Author(s): 川嵜康雄, 酒井利奈, 馬渕清資
  • Journal Title: 日本人工関節学誌 39 Pages: 298-195
• [Journal Article] プレートを有するステムの圧力分布測定 (2009)
  • Author(s): 尾畑幸代, 酒井利奈, 小川直, 菊池康博, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Journal Title: 日本人工関節学誌 39 Pages: 428-429
• [Journal Article] Hammering force during cementless total hip arthroplasty and risk of microfracture.
  • Author(s): Sakai R, Takahashi A, Takahira N, Uchiyama K, Yamamoto T, Uchida K, Fukusima K, Moriya M, Takaso M, Itoman M, Mabuchi K.
  • Journal Title: Hip International in Press. (IF : 0.343)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] リモデリング支配則を用いたマウス用骨折固定プレートにおける固定法の検討
  • Author(s): 酒井利奈, Roland Steck, Gongfa Chen, Michael Schuetz, 奥田奈穂, 峰原宏昌, 上野正喜, 内田健太郎, 高相晶士, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Journal Title: バイオメカニズム学会誌 in Press.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revision total hip replacement with cementless interlocking distal femoral stem with allograft-cemented composite and the application of intramedullary and onlay cortical strut allografts : Two case reports.
  • Author(s): Uchiyama K, Takahira N, Narahara H, Fukusima K, Yamamoto T Moriya M, Kawamura T, Urabe K, Sakai R, Itoman M, Takaso M
  • Journal Title: Journal of Orthopedic Science in Press (IF : 1.027)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of the usefulness of a femoral stem with an intertrochanteric plate based on measurements and finite element simulations.
  • Author(s): Sakai R, Obata S, Uchiyama K, Yamamoto T, Uchida K, Takaso M, Itoman M, Mawzawa H, Mabuchi K
  • Journal Title: Proceedings of the 7th Combined Meeting of the Orthopaedic Research. (Proceedings CD)
• [Presentation] 人工股関節ステムのセメントレス固定における打ち込み力の推定 (2011)
  • Author(s): 森田とわ, 菊地亜紀, 高平尚伸, 酒井利奈, 馬渕清資
  • Organizer: 第23回バイオエンジニアリング講演会発表1.8[第23回バイオエンジニアリング講演論文集,日本機械学会No.8B-09,p.27-28,2011.1.7]
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20110108-20110109
• [Presentation] 全人工股関節置換術後のDuetto SI stem周囲における骨密度と応力の測定 (2011)
  • Author(s): 田中健誠, 酒井利奈, 山本豪明, 倉鍵侑一郎, 馬渕清資
  • Organizer: 第23回バイオエンジニアリング講演会,発表1.8[第23回バイオエンジニアリング講演論文集,日本機械学会No.8B-10,p.29-30,2011.1.7]
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20110108-20110109
• [Presentation] 硬い材料同士の摩擦面を有する人工股関節の加工精度と流体潤滑性能 (2011)
  • Author(s): 平木祐哉, 中川博央, 田中健誠, 酒井利奈, 西浦淳, 馬渕清資
  • Organizer: 第23回バイオエンジニアリング講演会,発表1.8[講演論文集,日本機械学会No.8B-18,p.217-228,2011.1.7]
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20110108-20110109
• [Presentation] 振り子装置を応用した金属製人工股関節の研磨法 (2011)
  • Author(s): 馬渕清資, 平木祐哉, 中川博央, 田中健誠, 西浦淳, 酒井利奈
  • Organizer: 第31回バイオトライボロジシンポジウム[抄録p.15]
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-03-19
• [Presentation] 人工股関節置換術における術中骨折の予防のための客観的評価方法を目指したハンマリング音の周波数解析 (2011)
  • Author(s): 酒井利奈, 森田とわ, 菊地亜紀, 吉本真純, 山本豪明, 森谷光俊, 大山純一, 馬渕清資, 高平尚伸
  • Organizer: 第31回バイオトライボロジシンポジウム[抄録p.16]
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-03-19
• [Presentation] 全人工股関節置換術後の時系列でのstem周囲のBMD変化と応力値の検討 (2011)
  • Author(s): 山本豪明, 酒井利奈, 内山勝文, 成瀬康治, 内田健太郎, 須藤光敏, 須藤香織, 上野正喜, 糸満盛憲, 馬渕清資, 高相晶士
  • Organizer: 第31回バイオトライボロジシンポジウム[抄録p.17]
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-03-19
• [Presentation] せん断ひずみを基準とした人工膝関節ポリエチレンインサートの塑性設計 (2011)
  • Author(s): 田中健誠, 酒井利奈, 占部憲, 川嵜康雄, 馬渕清資
  • Organizer: 第31回バイオトライボロジシンポジウム[抄録 p.12]
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-03-19
• [Presentation] 人工股関節の流体潤滑性能に及ぼす加工精度の影響 (2011)
  • Author(s): 馬渕清資, 平木祐哉, 酒井利奈, 田中健誠, 中川博央
  • Organizer: 第41回日本人工関節学会[抄録集p.335]
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-02-26
• [Presentation] せん断ひずみを基準とした人工膝関節ポリエチレンインサートの塑性設計 (2011)
  • Author(s): 田中健誠, 酒井利奈, 占部憲, 川崎康雄
  • Organizer: 第41回日本人工関節学会[抄録集p.349]
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-02-26
• [Presentation] Evaluation of the usefulness of a femoral stem with an intertrochanteric plate based on measurements and finite element simulations. (2010)
  • Author(s): Sakai R, Tanaka K, Itoman M, Mawzawa H, Mabuchi K
  • Organizer: The 7th Combined Meeting of the Orthopaedic Research, [Transactions CD]
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 20101016-20101020
• [Presentation] 数値流体解析による人工股関節の流体潤滑性能 (2010)
  • Author(s): Sakai R., Okumura H., Mabuchi K.
  • Organizer: FLOW-3D Users Conference 2010 in Japan. [CD]招待講演
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 20101016-20101020
• [Presentation] In vitro tests in order to evaluate the effect of a femoral stem with an intertrochanteric plate. (2010)
  • Author(s): Sakai R,, Itoman M, Maezawa H, Mabuchi K
  • Organizer: ISTA 2010 : The 23th Annual Symposium of the International Society for Technology in Arthroplasty[Final Program Oral Abstracts : 30]
  • Place of Presentation: Dubai
  • Year and Date: 20101006-20101008
• [Presentation] Stability of internal fixation for distal clavicular fractures. (2010)
  • Author(s): Boku T., Uchino M., Sakai R., Tanaka K., Minehara M., Yamamoto T., Urabe K., Itoman M.
  • Organizer: The 12th International Society for Fracture Repair. [Scientific Program : 62]
  • Place of Presentation: London
  • Year and Date: 20100925-20100928
• [Presentation] 金属同士を摩擦面とした人工股関節の潤滑特性に及ぼす形状パラメータの影響 (2010)
  • Author(s): 馬渕清資, 平木祐哉, 田中健誠, 酒井利奈, 西浦淳, 中川博央
  • Organizer: 日本機械学会2010年度年次大会[講演論文集10-1,p.233-234]
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20100905-20100908
• [Presentation] Primary fixation of an AI-Hip cementless stem using THA. (2010)
  • Author(s): Sakai R., Obata S., Sato Y., Itoman M., Mabuchi K.
  • Organizer: Ausrauma 2010 : Critical care and emergency surgery conference.[Scientific Program : 98]
  • Place of Presentation: Sydney
  • Year and Date: 20100211-20100213
• [Presentation] 人工膝関節ポリエチレンインサートの強度基準 (2010)
  • Author(s): 馬渕清資, 川嵜康雄, 酒井利奈
  • Organizer: 第22回バイオエンジニアリング講演会,発表1.10.[講演論文集,日本機械学会No.09-55,p.352,2010.1.9]
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 20100109-20100110
• [Presentation] Initial fixation of a finite element model of an AI-Hip cementless stem evaluated by micromotion and stress. (2010)
  • Author(s): Sakai R, Sato Y, Itoman M, Mabuchi K.
  • Organizer: 第30回バイオトライボロジ研究会
  • Place of Presentation: 裾野
  • Year and Date: 2010-08-13
• [Presentation] 鎖骨遠位端骨折に対する内固定法の固定性 (2010)
  • Author(s): 朴晃正, 田中健誠, 酒井利奈, 内野正隆, 峰原宏昌, 占部憲, 馬渕清資, 糸満盛憲
  • Organizer: 第36回日本骨折治療学会[抄録 p.241]
  • Place of Presentation: 幕張
  • Year and Date: 2010-07-03
• [Presentation] 人工股関節ステムのプレスフイット固定における術中骨折の発生条件 (2010)
  • Author(s): 高橋亮子, 酒井利奈, 高平尚伸, 馬渕清資
  • Organizer: 第30回バイオトライボロジシンポジウム[抄録p.28]
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2010-03-13
• [Presentation] 人工股関節ステム転子間プレート固定の有用性評価 (2010)
  • Author(s): 尾畑幸代, 酒井利奈, 吉岡亮, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Organizer: 第30回バイオトライボロジシンポジウム[抄録p.29]
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2010-03-13
• [Presentation] Failure criterion of ultra-high molecular weight palyethlene at high-stress contact a total knee prosthesis. (2009)
  • Author(s): Mabuchi K, Kawasaki Y, Sakai R
  • Organizer: World Tribology Congress [Proceedings of World Tribology Congress 2009, 646, 2009]
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 20090907-20090911
• [Presentation] 人工股関節ステムのセメントレス固定における術中骨折の発生条件 (2009)
  • Author(s): 高橋亮子, 酒井利奈, 高平尚伸, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Organizer: 第36回日本臨床バイオメカニクス学会241[抄録 p.241]
  • Place of Presentation: 松山
  • Year and Date: 2009-10-17
• [Presentation] セメントレス軸旋型人工股関節ステムの固定部接触圧力の感圧フイルムによる測定 (2009)
  • Author(s): 尾畑幸代, 酒井利奈, 吉岡亮, 糸満盛憲, 馬渕清資
  • Organizer: 第36回日本臨床バイオメカニクス学会, 242[抄録 p.242]
  • Place of Presentation: 松山
  • Year and Date: 2009-10-17
• [Presentation] 人工股関節ポリエチレンインサートの圧縮強度基準 (2009)
  • Author(s): 馬渕清資, 川嵜康雄, 酒井利奈, 占部憲
  • Organizer: 第36回日本臨床バイオメカニクス学会[抄録 p.129]
  • Place of Presentation: 松山
  • Year and Date: 2009-10-17