2003 年度実績報告書

力学刺激に対する生体骨の構造要素形成プロセス

研究課題

研究課題/領域番号	14750077
研究機関	東北大学
研究代表者	坪田健一東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10344045)
キーワード	生体力学 / 計算力学 / 固体力学 / 骨 / 海綿骨 / 骨梁 / リモデリング / 適応
研究概要	本研究では、骨リモデリング現象が本来有する階層性に着目しており、特に、海綿骨骨梁における細胞の生物学的応答から構造形成に至るプロセスについて、直接的な解明を試みるものである。本年度は、前年度に引き続き、骨の構造要素形成と力学刺激との関連について以下の検討を行った。まず、X線マイクロCTを用いて海綿骨の骨梁構造データを取得し、骨梁表面における各種の力学刺激量の分布について求めた。その結果、積分形で評価される力学量の方が、局所的に評価される力学量より、リモデリングの刺激量として、より適切である可能性が示された。特に、力学量の大きさと局所的な空間勾配とが、それぞれ、骨形成において重要な役割を早たすものと示唆された。このような積分形の力学的刺激によって得られる骨梁リモデリングと、よりマクロな海綿骨構造の形成との関連について、異方性を考慮して、ファブリックテンソルと弾性係数テンソルとの関連を明かとした。さらに、これらの関係が、スクリュー近傍における骨リモデリングにおいても成り立つ可能性を示した。このように、積分形で表現される力学刺激量が、実際に観察されるマクロな現象を表現することが分かった。以上より、積分形で表現される力学刺激量に着目することで、ミクロからマクロに至る骨の形成プロセスをコントロール出来る可能性が示された。これらの結果は、計算機シミュレーションと実験系とを相補的に用いて、骨の微視的な構造形成プロセスを明らかにする上で、重要な情報になると考えられる。

研究成果
(6件)

すべてその他

すべて文献書誌 (6件)

[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi, Y.Tomita: "Effects of a Fixation Screw on Trabecular Structural Changes in a Vertebral Body Predicted by Remodeling Simulation"Annals of Biomedical Engineering. Vol.31, No.6. 733-740 (2003)
[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi: "Simulation Study on Change in Mechanical Property of Cancellous Bone due to Trabecular Microstructural Changes"Proceedings of the Second MIT Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics. Vol.2. 1833-1835 (2003)
[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi, S.Nishiumi, Y.Tomita: "Elastic Properties of Single Trabeculae Measured by Micro-Three-Point Bending Test"Proceedings of the International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2003 (ATEM'03). (CD-ROM). (2003)
[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi: "Comparison of Mechanical Quantities at Single Trabecular Level as Candidates for Bone Remodeling Stimuli"Proceedings of the 2003 Summer Bioengineering Conference. 381-382 (2003)
[文献書誌] 坪田健一: "生体骨のリモデリングシミュレーションと医療への応用"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 313-3l4 (2003)
[文献書誌] 坪田健一, 安達泰治: "荷重条件が骨梁のリモデリング刺激量に与える影響"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集(VII). No.03-1. 157-158 (2003)

2003 年度 実績報告書

力学刺激に対する生体骨の構造要素形成プロセス

研究代表者

坪田 健一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10344045)

研究成果

[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi, Y.Tomita: "Effects of a Fixation Screw on Trabecular Structural Changes in a Vertebral Body Predicted by Remodeling Simulation"Annals of Biomedical Engineering. Vol.31, No.6. 733-740 (2003)

[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi: "Simulation Study on Change in Mechanical Property of Cancellous Bone due to Trabecular Microstructural Changes"Proceedings of the Second MIT Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics. Vol.2. 1833-1835 (2003)

[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi, S.Nishiumi, Y.Tomita: "Elastic Properties of Single Trabeculae Measured by Micro-Three-Point Bending Test"Proceedings of the International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2003 (ATEM'03). (CD-ROM). (2003)

[文献書誌] K.Tsubota, T.Adachi: "Comparison of Mechanical Quantities at Single Trabecular Level as Candidates for Bone Remodeling Stimuli"Proceedings of the 2003 Summer Bioengineering Conference. 381-382 (2003)

[文献書誌] 坪田 健一: "生体骨のリモデリングシミュレーションと医療への応用"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 313-3l4 (2003)

[文献書誌] 坪田 健一, 安達 泰治: "荷重条件が骨梁のリモデリング刺激量に与える影響"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集(VII). No.03-1. 157-158 (2003)

2003 年度実績報告書

坪田健一東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10344045)

[文献書誌] 坪田健一: "生体骨のリモデリングシミュレーションと医療への応用"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 313-3l4 (2003)

[文献書誌] 坪田健一, 安達泰治: "荷重条件が骨梁のリモデリング刺激量に与える影響"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集(VII). No.03-1. 157-158 (2003)