頚部の筋緊張状態が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響の解明

• 研究課題/領域番号: 19K14849
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分18010:材料力学および機械材料関連
• 研究機関: 石川工業高等専門学校
• 研究代表者: 穴田 賢二 石川工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (30756531)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: 頭部外傷 / 実体モデル / 筋緊張 / 生体力学

研究開始時の研究の概要

衝撃を受けた際の頭部には，頚部を中心として回転運動が生じる．申請者はこれまでに，頭部の回転中心と頭部外傷の発生リスクの関係を明らかにした．一方で，現在は，頭部のみをモデル化し多くの研究が行われてきている．さらに，頚部には筋肉が存在する．そこで本研究では，頚部の筋緊張状態が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響を明らかにする．具体的には，①頚部の筋活性度と頭部の回転運動の関係の明確化，②頚部の筋活性度が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響の解明に取り組む．

研究成果の概要

本研究ではまず、剛体運動シミュレーション解析を実施することにより、頚部の筋緊張状態が影響する衝撃条件について、検討を行った。その結果、低衝撃条件において、頚部の筋緊張状態が頭部回転運動に影響を及ぼすことを明らかにした。次に、シミュレーション解析手法を用いて、頚部の筋緊張状態を変化可能な頚部実体モデルの開発を行った。さらに、これまでに開発した頭部実体モデルを組み合わせることにより、頚部の筋緊張状態を変化可能な頭頚部一体型実体モデルの開発に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

頭部外傷に関する工学的研究は多く行われてきた。しかし、多くは頭部のみをモデル化したものであった。本研究では、頚部の筋緊張状態を変化可能な機能を有する頚部モデルを開発し、衝撃時の頭蓋内挙動を可視化可能な頭部モデルと組み合わせることで、頭頚部一体型実体モデルを開発したことに学術的な意義がある。さらに、同モデルを用いることで、頭部外傷発生リスクをより精度良くを評価することが可能となり、頭部外傷による死傷者削減に繋がることが社会的意義がある。