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1996 年度 研究成果報告書概要

膝十字靭帯の三次元形状変形と内部応力分布特性の測定・解析

研究課題

研究課題/領域番号 07650288
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械力学・制御
研究機関九州大学

研究代表者

廣川 俊二  九州大学, 工学部, 教授 (80150374)

研究分担者 三浦 裕正  九州大学, 医学部, 講師 (10239189)
研究期間 (年度) 1995 – 1996
キーワード膝十字靭帯 / 光3単性皮膜法 / 超3単性体 / 膝運動シミュレータ・ジグ / 透明膝モデル / ひずみ分布 / 線維束補強複合体
研究概要

本年度は、理論的研究として線維束で補強された超3単性体の有限要素解析、実験的研究として光3単性皮膜法を用いた膝靭帯のひずみ分布測定実験の双方を実施した。
まず、理論解析では、膝十字靭帯をMooney-Rivlin材を基質とし、これにコラーゲン線維が配行している複合体のひずみエネルギー関数を導出し、次いで有限要素法を用いて膝屈曲に伴う靭帯の形状変形と応力分布を求めた。
次に、実験研究では次の3種類の測定実験を行った。
(1)透明膝モデルによる実験:大腿・脛骨部を透明エポキシ樹脂、靭帯部をシリコンゴムで代替した膝関節モデルを製作、ポリウレタンを皮膜剤に用いて、光3単性法により、モデル靭帯の変形とひずみ分布を同時に測定した。
(2)動物・生体靭帯への皮膜法の適用試験:ヒト腸脛靭帯切片に光3単性皮膜剤を塗布し、皮膜剤が靭帯張力特性に及ぼす影響、皮膜剤のひずみ追従性、靭帯への接着性などを検定した。また、日本白色家兎の側副靭帯に皮膜剤を塗布し、引張り試験で靭帯全体のひずみ分布を光3単性縞で計測した。
(3)ヒト膝靭帯でのin-Uitro実験:膝の3次元運動を計測・再現し得るシミュレータ・ジグを使用し、まず、膝の3次元運動を計測した。次に膝の大腿骨顆を切除し、靭帯を露呈した上で、上記ジグにより、膝の3次元運動を再現しつつ、膝屈曲に伴う靭帯形状変形の観察と、光3単性法によるひずみ分布の測定を同時に行った。

  • 研究成果

    (15件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (15件)

  • [文献書誌] 廣川俊二: "膝十字靭帯超3単性体の三次元有限変形解析" 計測自動制御学会論文集. 32. 297-305 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and R.Tsuruno: "Measurement/Analysis of Deformation and Strain Distribution of the Anterior Cruciate Ligament in the Human Knee" Memoirs of the Faculty of Engineering Kyushu University. 56. 51-68 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 廣川俊二、鶴野玲治: "膝十字靭帯の三次元変形とひずみ分布特性" バイオメカニズム. 13. 99-111 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and K.Yamamoto: "Photoelastic Study on Deformation and Strain Distribution of the ACL" Proc.of the 18th IEEE/EMBS Conference. 124-125 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 廣川俊二・古賀良生・遠藤高子: "膝十字靭帯損傷膝の関節形状の検討" 計測自動制御学会論文集. 33. 8-16 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and R.Tsuruno: "Hyper-Elastic Model Analsis on Anterior Cruciate Ligament" Medical Engineering and Physics. (掲載決定). (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and R.Tsuruno: "Measurement and Analysis of Strain Distribution in the Cruciate Ligament" Proc.of the XVth Congress of the Internation Society of Biomechanics. 390-391 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] H.Miura, H.Tsumura, K.Ihara, S.Kawamura and Y.Sugioka: "Biomechanical analysis of three-dimensional osteotomy at the distal end of the radius for Kienbock's disease" Clinical Biomechanics, Springer-Verlag. 294-303 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa: "Three-Dimensional Finite Deformation Analysis of Hyper-Elastic Cruciate Ligament in The Knee" Transaction of The Society of Instrument and Control Engineering. Vol.32, No.3. 417-423 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and R.Tsuruno: "Three-Dimensional Deformation and Strain Distribution of The Anterior Cruciate Ligament in The Knee" BIOMECHANISM. 13. 99-111 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and R.Tsuruno: "Measurement/Analysis of Deformation and Strain Distribution of Anterior Cruciate Ligament in The Human Knee" Mem.Fac.Eng.Kyushu Univ.Vol.56, No.2. 51-68 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa, T.Endo and Y.Koga: "Study on Shape of Knee Joint Condyle with Anterior Cruciate Ligament Injury" Proc.of The 18th IEEE/EMBS. 122-123 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and K.Yamamoto: "Photoelastic Study on Deformation and Strain Distribution of Anterior Cruciate Ligament" Proc.of The 18th IEEE/EMBS. 124-125 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa, T.Endo and Y.Koga: "Study on Shape of Knee Joint Condyle with Anterior Cruciate Ligament Injury" Transaction of The Society of Instrument and Control Engineering. Vol.33, No.1. 8-16 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Hirokawa and R.Tsuruno: "Hyper-Elastic Model Analysis on Anterior Cruciate Ligament" Medical Engineering and Physics. (to Appear). (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 1999-03-09  

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