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生体骨構造のマルチスケール性を考慮したりモデリングメカニズムに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16760071
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関北海道大学

研究代表者

東藤 正浩  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10314402)

研究期間 (年度) 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2005年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2004年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
キーワード骨組織 / 階層構造 / 骨単位 / コラーゲン / アパタイト / 複合構造 / 最適構造 / 骨梁構造 / 皮質骨微細構造 / X線回折
研究概要

本研究では,骨組織の微視的構造・力学解析に基づき,マルチスケール性を考慮した再構築メカニズムを明らかにすることを目的とし,以下の研究成果が得られた.
1.アパタイト-コラーゲン構造を考慮した微視的骨組織複合構造モデルの構築
骨組織のアパタイト-コラーゲン微視構造に着目し,アパタイト要素とコラーゲン要素からなる骨組織有限要素モデルを構築した.有限要素法により骨組織の巨視的な力学特性を再現する微視的な構造パラメータを同定し,骨組織の有限要素モデルを用いた力学シミュレーションにより骨組織の巨視的なひずみと内在する微視的なひずみ分布の関係を明らかにした.
2.X線回折による骨組織内微視ひずみの実験的観察
骨組織のコラーゲン-アパタイト構造に着目し,X線回折により外的負荷に対するコラーゲンおよびアパタイトの力学的応答を観察した。また結晶配向性および結晶化度から推定される微視的構造特性に着目し,構造特性と力学特性の関係についても明らかにした.
3.脊椎孔構造周辺部における骨組織の微視的最適構造
ウシ腰椎の孔構造周辺部における骨組織の微視的な構造特性を明らかにし,孔構造周辺部における骨組織の構造最適性について検討した.微視的には骨組織は無機質のアパタイトと有機質のコラーゲンからなり,コラーゲンとアパタイト結晶の配向方向には深い関係がある.そこで孔構造周辺部でのアパタイトの結晶化度と結晶配向性をX線回折により測定し,微視的な構造特性を明らかにし,巨視的な孔形状と微視的な構造・力学特性の関係から骨組織の最適構造性について考察した.

報告書

(2件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (10件)

  • [雑誌論文] Optimal Microstructure of Bone around Nutrient Foramen in Lumbar Vertebral Body2006

    • 著者名/発表者名
      Bijay GIRI
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集 No.05-66

      ページ: 251-252

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Observation of Kinetic Response of Mineral and Collagen Phases in Bone by X-ray Diffraction2005

    • 著者名/発表者名
      Masahiro TODOH
    • 雑誌名

      SPring-8 Research Frontiers 2004

      ページ: 35-36

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanical Behaviour of Mineral and Collagen Phases in Bone : Observation by X-ray diffraction2005

    • 著者名/発表者名
      Masahiro TODOH
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2^<nd> Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics

      ページ: 136-136

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Anisotropic Modeling of Bone Tissue with Composite Structure of HAp-Collagen2005

    • 著者名/発表者名
      Masahiro TODOH
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2^<nd> Asian Pacific Conference on Biomechanics (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Strain Measurement of Cortical Bone under Tensile Loading Using Transmitted X-ray Diffraction2005

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro FUJISAKI
    • 雑誌名

      Proceedings of the 12^<th> International Conference on Biomedical Engineering (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 片足坐骨神経切断による脛骨皮質骨微細構造への影響2005

    • 著者名/発表者名
      吉野 勝之
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      ページ: 65-66

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] X線回折による骨組織中コラーゲン-アパタイトの力学的挙動観察2005

    • 著者名/発表者名
      東藤 正浩
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      ページ: 69-70

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] X線イメージングプレートを用いた皮質骨内HAp結晶のひずみ測定2005

    • 著者名/発表者名
      藤崎 和弘
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      ページ: 71-72

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Cone-Beam型3次元CTデータ画像を用いた骨内部構造モデリング手法2005

    • 著者名/発表者名
      中土 裕樹
    • 雑誌名

      日本機械学会講演論文集 No.04-48

      ページ: 145-146

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Relationship between Mechanical Property of Cancellous Bone and Hardness of Trabeculae2004

    • 著者名/発表者名
      Masahiro TODOH
    • 雑誌名

      JSME International Journal Vol.47,No.4

      ページ: 1075-1078

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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