| 研究概要 |
交通事故や骨粗鬆症に起因する股関節破壊による歩行活動障害を回復するための人工股関節の高信頼性・高機能化は急務の課題である.特に,従来の人工股関節では個人の骨格形状に適合するような外形加工の実施が困難である現状にある.そこで,患者の骨形状に応じた人工関節設計システムの開発を目指し,平成17年度は下記の3点に示す項目について重点的に研究を推進した.
(1)CT画像を用いた人工股関節ステムの形状設計並びに骨・ステムのFEM解析モデルの作成
患者の大腿部CT画像から大腿骨の3次元形状を取得し,その形状を基に形状適合性に優れるステム形状の設計を行うプログラムの開発を行った.また,大腿骨・ステムの3次元形状から有限要素モデルを作成し,力学的挙動解析の実施を可能とした.
(2)ミクロ-マクロ連成損傷解析プログラム開発
有限要素モデルを多段階に重ね合わせ,スケール間の連成問題として巨視的な変形状態と微視的な力学的挙動の把握を行う手法の定式化ならびにそのプログラム開発を前年度に引き続き実施した.特に,ステムに使用される織物複合材料を対象に,織構造のメゾスケールと繊維径のミクロスケールの双方向の損傷を考慮した損傷進展解析プログラム開発を行った.
(3)光造型モデルを用いた負荷試験の実施および牛骨による骨物性値同定
人工関節模擬試験片の内部損傷等を明確にするべく,CT装置を併用した力学的試験装置の設計を行った.また,CT画像より得た3次元形状を基に光造型樹脂モデルを作成し,骨特性評価の予備試験として圧縮試験を実施した.さらに,牛骨より作成した試験片を用い,力学的特性値の測定を行った.今後は牛骨の物性値とCT画像の濃淡の関連について調査を行う予定である.
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