2014 Fiscal Year Research-status Report
股関節カップ設置公差と生体活性皮膜の摩耗・はく離を考慮したゆるみ寿命予測法の開発
| Project/Area Number |
26870213
|
|---|
| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
|---|
Principal Investigator |
大塚 雄市 長岡技術科学大学, その他の研究科, 准教授 (80467084)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 水酸アパタイト / 界面はく離 / 摩耗 / フレッティング / 股関節カップ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，股関節カップの設置公差による生体活性皮膜の摩耗・はく離促進機構解明及びカップのゆるみ寿命予測法の開発を目的として研究を実施した．
1.HA溶射皮膜の荷重変動による摩耗・はく離促進機構その場観察
フレッティング摩耗レーザ顕微鏡その場観察装置に環境層を設置し，液中でのフレッティング摩耗その場観察試験装置を構築した．大気中での接触面圧，負荷荷重のフレッティング摩耗挙動への影響を評価し，接触面圧を低下させ，負荷荷重を増加させるとHA溶射皮膜のはく離と摩耗が促進されることを明らかにした．また，模擬骨とHA溶射皮膜の固定状態を接着剤を用いて変化させることで，同一負荷条件においても摩耗が抑制されはく離進展速度が低下すること，はく離が一定程度進展した後に模擬骨とHA溶射皮膜の固定が維持されているにもかかわらずHA溶射皮膜とチタン基材の界面はく離による変位が生じ，摩耗が発生しうることを明らかにした．
2.股関節カップ表面皮膜の擬似体液中フレッティング摩耗・はく離実験
股関節カップと股関節ステムの標準試験片を作成してプラズマ溶射によるHA皮膜を形成し，液中で人体の歩行を模擬した負荷をかけることのできる固定治具を制作した．AE信号の計測により，股関節カップから負荷が一定程度繰り返された後でAE信号が断続的には発生し，股関節カップの固定状態が劣化していることを示唆する結果を得た．試験後に股関節カップの変位を画像計測により測定し，股関節カップが変位していることを定量的に測定することに成功した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1.HA溶射皮膜の荷重変動による摩耗・はく離促進機構その場観察 平成26年度に予定していた液中でのフレッティング摩耗その場観察試験装置を構築は完了したが，AE計測については試験条件の調整が完了しておらず遅れが出ている．その余の接触面圧や荷重変動の影響，模擬骨とHA溶射皮膜の固定状態の変化の影響については想定通りの結果が得られているため，概ね順調に進展していると判断できる．
2.股関節カップ表面皮膜の擬似体液中フレッティング摩耗・はく離実験 平成26年度に予定していた股関節カップのフレッティング摩耗試験装置の構築は完了し，平成27年度に予定していた股関節カップのフレッティング摩耗・はく離試験についても大気中での予備実験によりAE計測が可能であること，固定状態の変化を示唆するAE信号の計測に成功するなど，当初予定以上に進展していると判断できる．
以上のことから，平成26年度実施計画の全てを完了しているわけではないが，平成27年度中にその完了の見込が十分あり，かつ平成27年度の計画を一部前倒しして実施していることから，最終目標に対して大幅な遅れもなく順調に進展していると判断できる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては，1.HA溶射皮膜の荷重変動による摩耗・はく離促進機構その場観察について液中でのフレッティング摩耗試験時のAE計測を実施する．その後，平成26年度に得られた接触面圧，荷重，固定状態の影響が液中でどのように変化するかを実験的に検討する．2.股関節カップ表面皮膜の擬似体液中フレッティング摩耗・はく離実験については，予定通りカップの設置角度を変化させた場合の摩耗・はく離状況の変化についての実験的検討を実施する．そして，3有限要素解析によるゆるみ寿命予測法の開発へとつなげる．摩擦係数やはく離進展速度などのデータはすでに取得されており，液中でのデータを追加して有限要素モデルへと入力することで，円滑に推進することができると考えられる．
|
