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骨・海綿骨の機械的性質の推定と信頼性評価に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 07671619
研究種目

一般研究(C)

配分区分補助金
研究分野 整形外科学
研究機関北里大学

研究代表者

糸満 盛憲  北里大学, 医学部, 教授 (70104528)

研究分担者 渡辺 哲哉  北里大学, 医学部, 助手 (80240505)
森田 真史  北里大学, 医学部, 講師 (20112667)
研究期間 (年度) 1995
研究課題ステータス 完了 (1995年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
1995年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワード骨強度 / 骨折 / バイオメカニクス / 海綿骨
研究概要

海綿骨の機械的性質は骨梁の体積密度、骨梁構造、骨梁骨の弾性率と強度でほぼ決定されるが、骨梁配列自体の不規則性が顕著であり実際の弾性率や強度を知ることは非常に困難である。特に強度は局所的な骨梁破壊が海綿骨全体の強度を代表するため、そのばらつきは大きい。そこで、このような構造不均一性による弾性率、強度のばらつき量考慮した海綿骨の数学モデルを作成を試みた。
1.海綿骨の骨梁構造解析
実際の海綿骨は板と棒状の骨梁からなっている。海綿骨の断面標本をもとに骨梁体積密度と骨梁配列方向性を定量化した。それらの値から、骨梁構造を形態学的に3つの種類に分類した。
2.確率論的モデルの作成
海綿骨の骨梁構造の不規則性は統計的に一様であると仮定した。骨梁構造に確率的な不均一性をもたらせた海綿骨モデルを上記の3種類の海綿骨に対して、それぞれ5個作成で、FEM解析によって弾性率と強度の平均およびそのばらつきを求めた。板・板構造および棒・棒構造はばらつき幅が板・棒構造に比べてやや大きいことがわかった。また、変形モードは曲げまたは座屈が支配的であった。これをもとにそれぞれの海綿骨構造の弾性率、強度にかんする信頼限界(p<0.01)を明らかにすることができた。
3.実際の海綿骨の荷重試験結果との比較
上記の海綿骨モデルの正当性を評価するために、実際の海綿骨の強度試験を行い、弾性率と強度を算出し、モデルを用いたシミュレーションの結果とばらつき量を比較した。板・板構造、棒・棒構造の海綿骨に弾性率、強度のばらつきが多くみとめられ、シミュレーションの結果に一致した。

報告書

(1件)
  • 1995 実績報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (2件)

  • [文献書誌] A,EBihara,N.Nakamura,M.I+oman,M.Morita: "α-TCP骨セメントを注入した大腿骨骨幹部における骨界面の組織学的変化について" Orthop,Ceramic Implants. vol13. 59-62 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] M.Morita,T.Sasada.: "Biomechanics-Functional Adaptation and Remodeling" Springer-Verlag, 300 (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書

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公開日: 1995-04-01   更新日: 2016-04-21  

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