| 研究課題/領域番号 |
13671528
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
整形外科学
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| 研究機関 | 横浜市立大学 |
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研究代表者 |
竹内 良平 横浜市立大学, 医学部, 助教授 (30236442)
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| 研究分担者 |
森下 信 横浜市立大学, 医学部, 教授 (80166404)
平川 和男 横浜市立大学, 医学部, 助手 (80295518)
斉藤 知行 (斎藤 知行) 横浜市立大学, 医学部, 教授 (30170517)
白鳥 正樹 横浜市立大学, 医学部, 教授 (60017986)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2002年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
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| キーワード | 人口足関節 / コンポーネント / 3次元有限要素解析 / 応力 / 人工足関節 / 統計学的最適化 / 変形性足関節症 / 扁平足 / ルースニング / 関節リウマチ / ロバスト性 / 2次元有限要素解析 |
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| 研究概要 |
統計学的最適化手法を用いて奈良医大式人工足関節をモデルに理想的なコンポーネントの設計を行った。その結果、現存のコンポーネントの突起の幅を7.8mm、高さを4.54mm、突起の外側への移動幅を7mmとした方が良く、さらに突起部と脛骨の境界面に材料定数7200MPaのクッション材を留置すると応力がより分散されることがわかった。
次に下肢3次元モデルを用いて足部の3次元的挙動が人工足関節周辺部の応力状態に及ぼす影響を検証した。モデルは接点数17947、要素数14081の3次元ソリッド要素を用いた。解析は片脚立位を想定し、静的解析とした。骨は皮質骨と海綿骨を、関節には軟骨を、また関節周囲には非圧縮ビーム要素で靭帯を設定した。上下コンポーネントはセラミックス、関節面には高密度ポリエチレンとした。その結果2次元解析結果と同様に3次元解析においても脛骨コンポーネント突起上面に応力の集中が見られた。基本的な応力分布の傾向は一致していた。足部の縦、横のアーチが人工足関節に及ぼす影響について解析した。踵骨前方の突起かた距骨後方の突起にかけてバネ要素を設置し、バネ定数を75N/mmに設定した。バネ定数を変化させることで足部の形状を変化させることが可能である。その結果バネ定数を大きくするに従って(バネ定数を大きくことはアーチの伸縮性が低下することを意味し、偏平足を表現している)、脛骨コンポーネント突起上面に応力が集中することがわかった。
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