| 研究課題/領域番号 |
60550109
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| 研究種目 |
一般研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
機械要素
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
村上 輝夫 九大, 工学部, 助教授 (90091347)
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| 研究分担者 |
大月 伸男 九州大学, 工学部, 助手 (60127991)
広川 俊二 九州大学, 教養部, 助教授 (80150374)
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| 研究期間 (年度) |
1985 – 1986
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| 研究課題ステータス |
完了 (1986年度)
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| 配分額 *注記 |
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
1986年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1985年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
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| キーワード | 人工関節 / 人工膝関節 / トライボロジ / バイオトライボロジ / バイオメカニクス / 潤滑工学 / 最適設計 / 関節シミュレータ |
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| 研究概要 |
本研究では、従来見過ごされてきた人工膝関節における流体潤滑の実現に対する見通しをつけることにより、生体機能に近い機能を有する人工膝関節の最適設計の基礎的段階を確立した。まず、膝関節の3次元曲面解析及び光弾性解析により接触状態及び接触応力状態を明らかにし、ついで、関節シミュレータによる歩行模擬試験により、人工膝関節における潤滑膜形成の動的変化を解明した。
1.3次元接触状態の解析
試作人工膝関節は、生体に類似した形状を有するので、本研究では、まず、複雑な自由曲面形状である生体膝関節について、CAD理論を応用した3次元形状解析法を適用し、各屈曲位における大腿・脛骨関節部の接触点と荷重支持率を算出し、従来の報告と比較し、この手法の妥当性を確認するとともに、形状特性を把握した。また、大腿・膝蓋関節部の3次元解析も行った。
とくに問題となる脛骨部形状や人工軟骨の影響を検討するため、生体膝関節モデルと半月・軟骨を有しないモデルについて3次元光弾性(凍結)法による接触応力場の解析を行うことにより、形態学的特徴や弾性変形特性と過大応力発生状態間の半定量的対応関係を明らかにした。
2.膝関節シミュレータ試験
申請者らが独自に開発した膝関節シミュレータにより、歩行時の関節力と屈曲運動を再現し、導電性材料を用いて接触部の電気抵抗変化と摩擦の変化を測定した。本試験により、人工膝関節における潤滑膜形成を評価し、人工関節の形状、弾性率や潤滑液粘度の影響を調ベ、適切な潤滑液を用いれば、人工軟骨により流体潤滑が可能であることを示すことができた。
以上の知見は、今後の最適設計を進め、臨床適用可能な人工膝関節の製作を実現するうえで重要な根拠となる。
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