| 研究課題/領域番号 |
17K14554
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
武田 量 北海道大学, 工学研究院, 助教 (90645095)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2018年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 膝関節 / 靭帯 / 損傷 / 変位負荷 / サイクル負荷 / 有限要素モデル / 支持力 / 過負荷 / 靭帯線維束 / 断裂 / 引張荷重 / サイクル試験 / 有限要素法 / シミュレータ / 生体力学 / 膝関節靭帯断裂 / 力学負荷 / 形状 |
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| 研究成果の概要 |
本研究では力学負荷条件と形状に基づいた膝関節靭帯断裂メカニズムを解析した．まず，万能材料試験機，膝関節固定用治具，恒温高湿庫からなる膝関節靭帯断裂再現装置を作成し，膝関節の代替モデルとしてブタ後膝関節を用いた．膝関節固定用治具に膝モデルを設置し，万能材料試験機と関節固定用治具間には力覚センサを介し荷重を測定した．材料試験機は靭帯が損傷するまで膝モデルに繰り返し変位を与え，損傷に必要な荷重等の物性値を断定する．また，靭帯形状はMRIから靭帯部分のみを画像分割処理で抽出する．靭帯の物性値と形状を基に膝靭帯の有限用解析モデルを構築し，膝の運動条件に伴う各靭帯の荷重状態を再現する．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究を通して次の成果を得た．一定の変位負荷の影響よりも1度の過剰な変位負荷が靭帯損傷に及ぼす影響が大きい．また，膝関節の姿勢により弛緩状態及び緊張状態の靭帯が存在するため，靭帯損傷の割合が異なる．さらに，既に断裂している靭帯が存在する場合，他の靭帯が損傷しやすくなる．これらの測定結果を基に膝関節靭帯断裂を再現するシミュレーションの構築した結果，本解析シミュレーションモデルを使用して正確に膝靭帯の支持力が推定可能となった．したがって，本研究全体を通して靭帯断裂メカニズムを定量的に推定可能となり，靭帯再建術の手術法の評価に応用されることが今後期待される．
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