2014 Fiscal Year Research-status Report
抜歯後の血管新生から歯槽骨再生に至る現象の数値シミュレーションの研究
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26420202
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
永山 勝也 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (70363398)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / シミュレーション / 歯槽骨 / 血管新生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インプラント治療の研究には、血管新生に伴う栄養供給の増加による歯槽骨再生が必要とされているが、骨形成の評価は実験に頼り、解析で予測はされていない。本研究の全体構想は、周囲の歯槽骨形成の程度を予測し、可視化する数値シミュレーションの構築である。平成26年度は、抜歯後の血管新生とCa輸送も解析対象に含み、従来の応力・骨形成モデルに加えて、骨再生に至る全体現象のモデルの構築を新たに工学的に試みた。具体的には、抜歯後の血管新生とCa輸送も解析対象に含み、従来の応力・骨形成モデルに加えて、骨再生に至る全体現象のモデル化を新たに工学的に試みる。本研究により将来、血管新生から歯槽骨再生までの一連の現象の数値シミュレーションの構築によって、インプラント治療の質の向上が期待できる。また骨と血管の関係を含むバイオメカニクスの適応領域の拡大にも貢献できる。
H26年度の実施内容は、血管新生から歯槽骨再生に至る一連の解析モデルの構築である。
従来の応力と骨生成の解析に加え、抜歯直後からの血管新生まで遡ってモデル化した。手法は複雑現象も扱える粒子モデルを用いた。先ず血管粒子は、分岐と伸長により、血管新生を表現する。次に血管粒子からのCa輸送を拡散方程式でモデル化した。また骨の応力解析も粒子モデルで構築した。そひて、血管からはCaが骨へ拡散輸送され、また骨粒子に働く応力解析と合わせた複合要因で、骨は形成されるモデルとした。以上、血管新生→Ca輸送・拡散＋応力解析→骨生成までの一連の現象を相互作用も加味したモデルで構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H26年の目標は、血管新生から歯槽骨再生に至る一連の解析モデルの構築である。詳しくは血管新生→Ca輸送・拡散＋応力解析→骨生成までの一連の現象を相互作用も加味したモデルの構築である。
順番に先ず、血管新生→Ca輸送・拡散のモデルは、血管は粒子表現で、Ca輸送は格子表現を組み合わせることで、構築できた。応力解析は、有限要素法などでは確立しているが、本粒子モデルでも、非圧縮性とポアソン比0.5という条件のもとで、構築できた。
骨生成も、線維を初期にランダム配置し、線維にCaが堆積するモデルを、応力も考慮して構築し、ポーラス状の幼弱骨構造を計算で得ることができた。以上一連の解析モデルは構築できた。成果は国際学会で4件速報したが、まとまった報告はこれからとなる。また実験画像での検証は、予定通りH27年度に行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度は予定通り、血管新生と骨生成の盛んな状況までの解析を検証する。
骨生成が盛んな状況までを、構築したモデルで解析し、血管と骨の分布を実験の写真と比較・検証して、解析モデルを確立させる。数値解析データは可視化ソフトを導入して処理した上で、画像と定性的な比較の他、画像の特徴を数値化して定量的な比較も試みる。
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| Causes of Carryover |
まだ基本モデルの構築の段階で、高性能PCの導入を来年に見送ったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
延期した、高性能PCの導入を次年度に実施すし、構築したモデルによる大容量計算を行う。
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