CT画像併用人工関節設計システム開発および複合材料製ステムの製作

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16100007
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 座古 勝 大阪大学, 大学院・工学研究科, 特任教授 (40170831)
• 研究分担者: 吉川 秀樹 大阪大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (60191558) ; 菅野 伸彦 大阪大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (70273620) ; 倉敷 哲生 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30294028)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• キーワード: 人工関節 / 有限要素モデリング / 複合材料 / CT画像

研究概要

材料設計の可能な繊維強化複合材料を用いた人工股関節を提案し, CT画像に基づき患者の骨の力学特性を計測して設計に反映する人工股関節設計手法を開発した.さらに, 損傷異方性を考慮したマルチスケール解析手法を開発した.実際に複合材料製ステムを製作し, 実験・解析によりその有効性を示した.本成果は, 従来品よりも高性能なテーラーメード複合材ステムの実現化に大きく貢献すると考える.

研究成果

• [雑誌論文] Study on a Stiffness Design Method of Femoral Prosthesis Stem using Fiber Reinforced Composites (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Kawamura, Tetsusei Kurashiki, Hiroaki Nakai, Masaru Zako, Nobuhiko Sugano, Hideki Yoshikawa
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 335 ページ: 1257-1260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anatomic hip range of motion after implantation during total hip arthroplasty as measured by a navigation system (2007)
  • 著者名/発表者名: Miki H, Yamanashi W, Nishii T, Sato Y, Yoshikawa H, Sugano N
  • 雑誌名: system,: J Arthroplasty 22(7) ページ: 946-952
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meso-FE modelling of textile composites (2007)
  • 著者名/発表者名: Stepan Lomov, Dimtry S. Ivanov, Ignass Verpoest, Masaru Zako, Tetsusei Kurashiki, Hiroaki Nakai, Satoru Hirosawa
  • 雑誌名: Road map, data flow and algorithms, Composites Science and Technology 67 ページ: 1870-1891
  • 査読あり
• [雑誌論文] 医工連携による次世代人工骨・人工関節の開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 吉川秀樹
  • 雑誌名: 生産と技術59 14 ページ: 86-88
• [雑誌論文] マルチスケール解析におけるM^3法の提案(熱伝導問題に対する定式化) (2006)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 久保太, 松岡俊樹
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) vol.72, No.718 ページ: 843-848
  • 査読あり
• [雑誌論文] MD-CT evaluation of bone substitutes remodeling after revision hip surgery (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishii T, Sugano N, Miki H, Koyama T, Yoshikawa H
  • 雑誌名: Clin Orthop Relat Res 442 ページ: 158-64
  • 査読あり
• [雑誌論文] Macro-structural effect of metal surfaces treated using computer-assisted yttrium -aluminum-garnet laser scanning on bone-implant fixation (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirao, M., Sugamoto, K., Tamai, N., Oka, K., Yoshikawa, H., Mori, Y., Sasaki, T
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Material Research 73 ページ: 213-222
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gait analysis system for assessment of dynamic loading axis of the knee (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawakami H, Sugano N, Yonenobu K, Yoshikawa H, Ochi T, Hattori A, Suzuki N
  • 雑誌名: Gait Posture 21 ページ: 125-130
• [雑誌論文] 繊維強化複合材料の人工股関節への適用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 吉川秀樹, 菅野伸彦, 川村武
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 Vol.31, No.2 ページ: 83-88
  • 査読あり
• [学会発表] Shun-ichi Bandoh, A Study on Mechanical Behavior of Bone and Acetabular Cup in Artificial Hip Joint Using FRP, Yasui Koji (2008)
  • 著者名/発表者名: Masaru Zako, Tetsusei Kurashiki, Hideki Yoshikawa, Nobuhiko Sugano
  • 学会等名: Progress of Composites 2008
  • 発表場所: in Asia and Australasia
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] On A Design Method of Composites Stem based on CT Images, Proc (2008)
  • 著者名/発表者名: Masaru Zako, Tetsusei Kurashiki, Takeshi. Kawamura, Nobuhiko Sugano and Hideki Yoshikawa
  • 学会等名: of 13th European Conference on Composite Materials (ECCM-13)(CD-ROM)
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] 複合材料製人工股関節カップの有限要素解析に関する研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 安井孝児, 倉敷哲生, 座古勝, 吉川秀樹, 菅野伸彦, 板東舜一
  • 学会等名: 日本材料学会 JCOM38
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] 骨モデルを用いたFRP製ステムの剛性評価に関する研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 中井啓晶, 吉川秀樹, 菅野伸彦, 川村武, 古田隆史
  • 学会等名: 日本繊維機械学会第60回年次大会
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] 表面置換型人工股関節のバイオメカニクス (2007)
  • 著者名/発表者名: 菅野伸彦, 西井孝, 坂井孝司, 高尾正樹, 吉川秀樹, 川村武, 佐野紘平, 倉敷哲生, 座古勝
  • 学会等名: 第34回日本臨床バイオメカニクス学会 講演論文集
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] ばらつきを考慮したCT画像による骨力学特性同定手法と数値解析への適用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 川村武, 座古勝, 倉敷哲生, 中井啓晶, 古田隆史, 吉川秀樹, 菅野伸彦
  • 学会等名: 日本機械学会 2007年度年次大会 講演論文集
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Damage Development of Woven Composites based on Multi-scale Analysis (2007)
  • 著者名/発表者名: Tetsusei Kurashiki, Masaru Zako, Hiroaki Nakai, Makoto Imura, and Satoru Hirosawa
  • 学会等名: Proc. of 16th International Conference of Composite Materials (ICCM-16)(CD-ROM)
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] On a Design Method of Composites Stem based on CT Images, Takeshi Kawamura (2007)
  • 著者名/発表者名: Masaru Zako, Tetsusei Kurashiki, Hiroaki Nakai, Takafumi Furuta, Nobuhiko Sugano, Hideki Yoshikawa, Shun'ich Bandoh
  • 学会等名: Proc. of 16th International Conference of Composite Materials (ICCM-16)(CD-ROM)
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] CT画像を用いたFRP製人工股関節の力学的特性評価に関する研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 中井啓晶, 吉川秀樹, 菅野伸彦, 川村武, 蒲刈亮多, 古田隆史
  • 学会等名: 日本繊維機械学会第59回年次大会研究発表論文集
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] 織物複合材料の強度評価のためのマルチスケール解析日本材料学会 (2006)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 中井啓晶, 井村真
  • 学会等名: 第35回FRPシンポジウム論文集
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] A Multi-Scale Analysis for Textile Composite Materials to Evaluate the Mechanical Properties (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Zako, T. Kurashiki, H. Nakai, M. Imura
  • 学会等名: Proceeding of International conference on Textile Composites
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] A Practical Numerical Simulation System of Mechanical Behaviors for Textile Composites (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Kurashiki, M. Zako, H. Nakai, S. Hirosawa, M. Imura, S. Lomov, and I. Verpost
  • 学会等名: Proceeding of European Conference on Composite Materials
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] 骨再生のための人工骨の開発と骨疾患治療への応用 (2006)
  • 著者名/発表者名: 吉川秀樹
  • 学会等名: 第16回Sapporo Orthopaedic Seminar (特別講演)
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] CT画像を用いた人工股関節の設計システムに関する研究 (2005)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 吉川秀樹, 菅野伸彦, 川村武
  • 学会等名: 日本機械学会 2005年度年次大会講演論文集
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] 繊維強化プラスチックの人工股関節ステムへの適用 (2005)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 吉川秀樹, 菅野伸彦, 川村武
  • 学会等名: 日本繊維機械学会第58回年次大会研究発表論文集
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] 損傷力学に基づく繊維強化プラスチックスの力学的挙動シミュレーション (2005)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 井村真
  • 学会等名: 日本繊維機械学会 第58回年次大会研究発表論文集
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] A multi-scale analysis for structural design of fibrous composites-M3 method- (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Zako, T.Kurashiki, and F.Kubo
  • 学会等名: Proceedings of 15th International Conference on Composite Materials
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] 種々織物複合材料の有限要素モデル化ならびに力学的特性評価に関する研究 (2004)
  • 著者名/発表者名: 座古勝, 倉敷哲生, 辻上哲也, 廣澤覚
  • 学会等名: 日本繊維機械学会第57回年次大会研究発表論文集
  • 年月日: 20040000
• [産業財産権] セメントレス型人工股関節用ステム
  • 発明者名: 板東舜一, 座古勝, 菅野伸彦
  • 産業財産権番号: 2005-345097
• [産業財産権] 複合材料を用いた人工関節用ステムの設計製造方法
  • 発明者名: 板東舜一, 座古勝
  • 産業財産権番号: 2005-345097
• [産業財産権] 複合材料を用いた人工関節用ステムの設計製造方法
  • 発明者名: 板東舜一, 座古勝
  • 産業財産権番号: PCT/JP2004/003977
• [産業財産権] 複合材料を用いたセメントレス型人工関節ステム
  • 発明者名: 板東舜一, 座古勝
  • 産業財産権番号: PCT/JP2003/013009
• [産業財産権] セメントレス型人工股関節用ステム
  • 発明者名: 板東舜一, 座古勝, 菅野伸彦
  • 産業財産権番号: 2005-10176