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個体別モデリング手法に基づく骨体強度評価システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 11558105
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関東京工業大学

研究代表者

伊能 教夫  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70126308)

研究分担者 村山 寿  呉羽化学工業株式会社, 生物医学研究所, 研究主任
槇 宏太郎 (槙 宏太郎)  昭和大学, 歯学部, 講師 (80219295)
宇治橋 貞幸  東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 教授 (80016675)
小関 道彦  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (50334503)
研究期間 (年度) 1999 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
12,800千円 (直接経費: 12,800千円)
2001年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2000年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
1999年度: 4,900千円 (直接経費: 4,900千円)
キーワード骨体の頑健性 / 脊椎骨 / 個体別モデリング / CTデータ / 応力解析 / 固体別モデリング
研究概要

本研究の目的は、非侵襲の状態で骨体の構造力学的強度を評価可能なシステムを構築することである。最終年度は、平成11年度および平成12年度の研究成果を発展させ、骨体の頑健性をより的確に測定可能なシステムを構築することを目指した。開発した実験手法および解析手法は以下の通りである。
1.まず、動物の脊椎骨として昨年度に引き続き、ラットの椎体を使用した。ラットの脊椎骨は非常に小さいため、解析と試験が適切に比較できるように脊椎骨の突起部分を取り除き、椎体両端を樹脂で成形する方法を採用した。これには、昨年度開発した試験片作成装置を改良し、成形加工用の樹脂も均質に硬化する材料に変更した。
2.圧縮実験は、昨年度と同様に骨体両端に加わる荷重を上下計8個のロードセルを配置して、荷重状態を経時的に計測する装置を用いて行った。また、ロードセルに加わる荷重状態を観察し、骨折が開始したと判断される時点で試験装置を停止した。骨体の破壊箇所は、X線透視図および実体顕微鏡で確認した。
3.作成したラット脊椎骨試験片は、圧縮実験前にマイクロCT装置を用いてスライス画像を得た。この画像データを用いて筆者らが開発した個体別モデリング手法により、試験片全体の有限要素モデルを作成した。今回は、骨体部分の要素分割をより細密化するアルゴリズムを開発し、骨体部の応力解析精度を向上を目指した。
4.圧縮実験から得られた破壊時の荷重条件を境界条件として、応力解析を行い、「応力/強度」分布を求めたところ、この値の大きい部分と破壊箇所との相関が高いことを明確に示すことができた。

報告書

(4件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] 伊能 教夫: "個体別モデリング手法による下顎骨の応力解析"第51回理論応用力学講演会講演論文集. NCTAM2002. 167-168 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 伊能 教夫: "個体別モデリング手法による下顎骨の力学シミュレーション-複数の咬合条件による応力解析-"第14回計算力学講演会講演論文集. No.01-10. 287-288 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 伊能 教夫: "X線CT画像に基づく個体別有限要素モデリング-部分体積効果のモデリングへの影響"日本機械学第12回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. No.01-27. 145-146 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio Inou: "Individual Stress Analysis of the Human Mandible Under a Biting Condition"Switzerland-Japan Workshop "New Directions in Cellularand Tissue Biomechanics. 125-125 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 伊能 教夫: "X線CT画像に基づく個体別有限要素モデリング-骨体のヤング率の算出-"日本機械学会平成13年度材料力学部門講演会講演論文集. No.01-16. 39-40 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 伊能 教夫: "X線CT画像に基づく個体別有限要素モデリング-骨体形状の再構成手法-"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. No.01-1. 77-78 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Kyousuke OKUMURA, Satoshi SUZUKI, Sadayuki UJIHASHI, Koutarou MAKI: "Individual Modeling of a Human Vertebra and the Evaluation of Mechanical Robustness"JSME Annual Conference. [No. 1]. 641-642 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Kyousuke OKUMURA, Satoshi SUZUKI, Sadayuki UJIHASHI, Koutarou MAKI: "Individual Stress Analysis of a Vertebra Based on the X-ray CT, The 12^<th> Computational"Mechanics Conference. [No. 99-5]. 683-684 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Toru MITOME, Kyousuke OKUMURA, Sadayuki UJIHASHI, Koutarou MAKI: "Evaluation of Mechanical Robustness of a Vertebral Body by the Individual Modeling Method"The 13^<th> Bioengineering Conference 2000 Annual Meeting of BED/JSME. [No.00-35]. 122-123 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Kouterou MAKI, Hisashi MURAYAMA, Michihiko KOSEKI, Satoshi SUZUKI, Sadayuki UJIHASHI: "Evaluation of Mechanical Robustness of a Vertebra Based on the X-ray CT data"Proceeding of 10^<th> ICBME. 537-538 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Mitsuhiro IWASAKI, Koutarou MAKI: "Individual Finite Element Model Based on the X-ray CT Data Estimation of Young's Modulus of the Bone"Proceeding of the 2001 Annual Meeting of JSME/MMD. 39-40 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Mitsuhiro IWASAKI, Koutarou MAKI: "Individual Finite Element Model Based on the X-ray CT Data Reconstruction of the Bony Shape"JSME Annual Conference. [No. 01-1]. 77-78 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Koutarou MAKI: "Individual Stress Analysis of the Human Mandible Under a Biting Condition"Switzerland-Japan Workshop "New Directions in Cellular and Tissue Biomechanics". 125 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Yusuke KITAGAWA, Koutarou MAKI: "Individual Finite Element Model Based on the X-ray CT Data Influence of partial volume effect on the modeling"The 12^<th> JSME Autumn Bioengineering Conference and Seminar. [No. 01-27]. 145-146 (2001)

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    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Hiroyuki TANIZAKI, Koutarou MAKI: "Mechanical Simulation of the Human Mandible under the Several Biting Conditions"The 14^<th> Computational Mechanics Conference. [No. 01-10]. 287-288 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Hiroyuki TANIZAKI, Koutarou MAKI: "Stress Analysis of a Human Mandible by an Individual Modeling Method"Proceeding of Theoretical and Applied Mechanics NCTAM2002. 167-168 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Michihiko KOSEKI, Masaya JONISHI, Koutarou MAKI, Hisashi MURAYAMA: "Evaluation of Mechanical Robustness of Rat's Vertebral Body by an Individual Modeling Method"The 14^<th> Bioengineering Conference 2001 Annual Meeting of BED/JSME. [No. 02-04]. 95-96 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Norio INOU, Satoshi SUZUKI, Koutarou MAKI, Sadayuki UJIHASHI: "An Automated Modeling of a Bone Based on the X-ray CT Data (Generation of a finite element model use of Delaunay triangulation)"Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. (2002)

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    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 伊能教夫: "固体別モデリング手法による下顎骨の応力解析"第51回理論応用力学講演会講演論文集. NCTAM2002. 167-168 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 伊能教夫: "固体別モデリング手法による下顎骨の力学シミュレーション-複数の咬合条件による応力解析-"第14回計算力学講演会講演論文集. No.01-10. 287-288 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 伊能教夫: "X線CT画像に基づく固体別有限要素モデリング-部分体積効果のモデリングへの影響-"日本機械学会第12回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. No.01-27. 145-146 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Norio INOU: "Individual Stress Analysis of the Human Mandible Under a Biting Condition"Switzerland-Japan Workshop "New Directions in Cellularand Tissue Biomechanics. 125-125 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 伊能教夫: "X線CT画像に基づく固体別有限要素モデリング-骨体のヤング率の算出-"日本機械学会平成13年度材料力学部門講演会講演論文集. No.01-16. 39-40 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 伊能教夫: "X線CT画像に基づく固体別有限要素モデリング-骨体形状の再構成手法-"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. No.01-1. 77-78 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 伊能教夫: "個体別モデリング手法による推体の頑健性評価"日本機械学会 バイオエンジニアリング講演会講演論文集. No.00-35. 122-123 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Norio INOU: "Evaluation of Mechanical Robustness of a Vertebra Based on the X-ray CT data"Proceedings of 10th ICBME. 1. 537-538 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 伊能教夫: "脊椎骨の個体別モデリングと骨体の頑健性評価"日本機械学会1999年度次大会講演論文集. 1. 641-642 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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