| 研究課題/領域番号 |
19K04286
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
錦野 将元 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子ビーム科学部門, 研究統括 (70370450)
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| 研究分担者 |
長谷川 登 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 主幹研究員 (50360409)
三上 勝大 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (20722763)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021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)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | レーザー / 誘起振動数 / 整形外科 / インプラント / ネジ / 誘起振動波 / レーザー計測 / アブレーション / 固有振動 / 熱弾性波 / 塑性変形 / レーザー共鳴周波数解析 / 設置強度診断 / 有限要素法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高速・遠隔・定量評価が可能なレーザー共鳴周波数解析を応用し、レーザーを用いた新しい計測技術を開発し、手術中にも使用可能なスクリューの設置強度診断手法の確立を目指す。スクリューを土台 (模擬骨) に設置した時の埋入トルクで評価される機械強度がレーザーで誘起される振動周波数と相関関係について設置強度を摩擦係数で定義することで、レーザー共鳴周波数解析による設置強度の計測原理を確立し、有限要素法を用いた振動解析によりスクリューの種類に依らない設置強度予測の簡易解析モデルの構築を目指す。
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| 研究成果の概要 |
整形外科領域で用いられる脊椎骨に設置するボルト状固定具に対して、手術中に骨への設置強度を定量的に診断するレーザー計測手法の開発に向け、レーザー照射により誘起される振動について骨とインプラントの摩擦の関係性を追究した。得られた成果を基に、有限要素法を用いた簡易モデルを検討した。しかし、土台の設定パラメータの変動は、固有振動解析の結果に及ぼす影響が、簡易モデル構築およびモデルによる設置強度推定に対してバラツキが大きいことがわかった。そこで機械学習を導入し、設置強度推定に向けた振動パラメータの抽出を実施した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
整形外科インプラントの骨への設置強度は、術後早期の緩み、逸脱である骨癒合不全に直結するため重要なパラメータである。しかし、この設置強度は研究室レベルにおいて計測可能な埋入時のトルク計測などの機械強度で定義され、評価されている。我々は、レーザー光をインプラントに照射することで誘起される振動に着目すると同時に、インプラントの埋入トルクを摩擦と軸力に分離し、レーザー計測結果の学術的な解釈を試みた。また、術中活用可能な設置強度推定を検討し、骨癒合不全の症例抑制に向けた開発を推進した。
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