セメントレス人工股関節の境界摩擦層を用いた有限要素法・境界要素法による応力解析

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63570697
• Research Institution: 福井医科大学
• Principal Investigator: 井村 慎一 福井医科大学, 医学部, 教授 (90019886)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥村 康弘 福井医科大学, 医学部, 助手 (30204150) ; 竹谷 英之 福井医科大学, 医学部, 助手 (90206996)
• Keywords: セメントレス人工股関節 / バイオメカニクス / 境界摩擦層を用いた有限要素法 / 境界要素法 / 股関節CT画像 / 3次元立体合成 / 圧縮振動荷重実験

Research Abstract

二次性末期変股症例の大腿骨髄腔のコンピュータシミュレーションモデルを作製し、セメントレス人工股関節ステムの長さおよび髄腔スペーサーを装着したステムの大腿骨に及ぼす応力分布について、境界摩擦層を導入した2次有限要素法を用いて解析した。ステムの長さを髄腔狭部との位置関係で比較した場合、ステムの長さは先端部が髄腔狭部にとどまる比較的短いものの方がステム変位量は小さかったが、髄腔狭部を越えた長いステムではその変位量が大きくあらわれた。しかし長いステムの場合、その先端部に髄腔スペーサーを装着すると、応力分布の分散化とともにステム変位量が減少した。以上の結果として、弯曲がみられ末広がり形状を示す二次性末期変股症例の場合、ステム遠位部での髄腔内適合性の向上がセメントレス・ステムの固定性におきく関与していることがわかった。
一方、本邦の二次性変股症例の大腿骨髄腔に適合すべくセメントレス人工股関節ステムのプロトタイプの作製において、20例の変股症股関節のCT画像を基に3次元合成を行い、平均髄腔形状を算出した。結果として髄腔の長軸方向の先細り角(taper角)の平均値は、小転子下端から髄腔狭部までが内側4.1°、外側0°、前方・後方とも3.5°であった。また髄腔狭部以下では内側1.0°、外側・前方・後方はいずれも0°であった。taper角を小転子下端の髄腔の横断面積で4群に分類し比較すると、横断面積が大きくなるほどtaper角は大きくなる傾向にあった。小転子下端から髄腔狭部までの距離は40mm〜67mm(平均47mm)、オフセット値は27mm〜45mm(平均34mm)であった。今後、このデータを基に症例数を重ね実験用ステムを作製し、歪ゲージ法による圧縮振動荷重実験を行い、既存のステムとの比較検討を行う予定である。

Research Products

• [Publications] 大森弘則: 第19回人工関節研究会. (1989)
• [Publications] 井村慎一: 第19回人工関節研究会. (1989)
• [Publications] 大森弘則: 第18回人工関節研究会. 第18巻. 27 (1988)
• [Publications] Shinichi Imura: The 6th SEAPAL Congress of Rheumatology. (1988)
• [Publications] 竹谷英之: 第62回日本整形外科学会学術集会. Vol.63,No.2. S357 (1989)
• [Publications] 月僧博和: 第4回日本整形外科学会基礎学術集会. (1989)