2012 Fiscal Year Annual Research Report
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24360161
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
松川 真美 同志社大学, 理工学部, 教授 (60288602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細川 篤 明石工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (00321456)
長谷 芳樹 神戸市立工業高等専門学校, 電子工学科, 准教授 (60448769)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 圧電 / 骨 / 超音波 / トランスデューサ / FDTD |
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| Research Abstract |
低周波の繰り返し応力印加による骨のリモデリング促進のメカニズムについては、1950年代から研究が進み、流動電位あるいは圧電効果の影響が指摘されている。しかし骨折治療に使用されているMHz域の超音波照射については、その骨再生メカニズムが未解明である。そこで24年度は基礎的検討として、MHz域の超音波照射により骨中に電位が発生するかどうかを検討した。
具体的には以下の検討を行った。まずウシの大腿骨を化学的処理することなく薄片に成形し、この薄片を受信素子として超音波トランスデューサを作製した。このトランスデューサにMHz帯の10kPa程度の超音波信号を水中で照射し、トランスデューサの電位出力を計測した。その結果、同様な手順でPVDFを受信素子として作成したトランスデューサの1/1000程度であったが、電位出力を確認した。また、受波感度が既知のPVDFトランスデューサと比較校正して骨トランスデューサの受波感度を推定できた。骨トランスデューサの感度が大変低いため、トランスデューサの分極極性は観測できなかったが、電位出力と骨中の弾性異方性やハイドロキシアパタイト微結晶の配向は関係がないことを見出すとともに、この電位出力がコラーゲンの圧電性による可能性が高いことを指摘した。また、薄片試料で共振子型トランスデューサの設計を開始した。
また、骨折治療の超音波照射を模擬し、脚部骨モデル中の超音波伝搬と骨中の弾性波動の伝搬挙動を数値シミュレーションにより検討するため、FDTD解析用プログラムを作成した。加えて、脚部などのディジタル人体モデル(皮膚や骨組織の3次元モデル)を検討した。25年度計画の骨の圧電性を考慮したFDTD、FEM解析の準備を行うため、有限要素法ソフトを購入し、プログラムの検討を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
骨トランスデューサの製作に成功し、wetなin vivoに近い状態で圧電性の存在を確認できた。ただし、この圧電性は当初の予想よりかなり低い値であったため、圧電分極の極性判定には工夫が必要であることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
骨のMHz域の圧電性は初めての確認であり、コラーゲンに起因する可能性が高いことがわかった。
今後は当初の予定に従い、引き続き骨の圧電性の検討を行うとともに、体内の音波伝搬シミュレーションから、体内で発生する電位分布について検討を行う予定である。
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Research Products
(11 results)
