2023 Fiscal Year Annual Research Report
次世代型長寿命人工股関節の開発のためのコールドフロー損傷抑制に関する研究
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21K12689
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
趙 昌熙 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (70364148)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 人工股関節 / 超高分子量ポリエチレン / コールドフロー / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工股関節の臨床寿命を短縮する主要原因の一つであるコールドフロー（cold flow）の発生の原因や人工股関節用超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）ライナーの摩耗・破損などの損傷に及ぼす影響を明らかにし、コールドフロー発生による損傷を最小限に抑制する設計改善策の提案のために、本研究では、摘出人工股関節の幾何学的形状の実測値に基づいて、人工股関節の形状を厳密に再現した解析モデルの作成およびこれらを用いたコールドフロー発生の有限要素法シミュレーションを行った。その結果、UHMWPEライナーにおけるコールドフローの発生は、その発生部位付近の構造的弱化や厚さの減少、ねじ穴のエッジ付近での応力集中をもたらし、内部応力および塑性ひずみ量を増加させ、ついにはUHMWPEライナーの摩耗や破損の発生を加速させる可能性があることが確認された。本研究ではこの解析結果に基づいて、人工股関節の臨床寿命を短縮する主要原因の一つであるコールドフローの発生によるUHMWPEライナーの摩耗や破損などの損傷を最小限に抑制するための設計改善策を提示した。特に本研究では、アセタブラーカップにおけるねじ穴の存在有無、ねじまたはキャップの使用有無、ねじ穴のエッジ部とねじの頭部またはキャップとの間の段差の高さ、ねじ穴の配置間隔、アセタブラーカップの骨盤への設置角度、ねじ穴部分の状態、コールドフローとインピンジメントの同時発生、UHMWPEライナーの厚さおよび厚さの増加方法、アセタブラーカップのねじ穴の直径が人工股関節の形状寸法設計において重要な設計パラメーターであることと、これらのパラメーターの調整や設計変更によるUHMWPEライナーのコールドフロー損傷低減の可能性を提示した。
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