研究課題
人工関節の長期使用において、接触面の摺動部材である超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）の摩耗や破損が大きな問題となっている。本研究では、数十例の摘出人工股関節の分析により、人工股関節の部品同士が衝突および干渉するインピンジメント（impingement）の発生が人工股関節の臨床寿命を短縮する主要原因の一つであることを確認し、摘出症例の寸法や幾何学的形状の実測値データを用いたインピンジメントの有限要素法シミュレーションを行った。この数値解析の結果に基づいて、人工股関節のネック・ライナーインピンジメント発生によるUHMWPEライナーの摩耗や破損などの損傷を最小限に抑制するための設計改善策を提示した。特に本研究では、UHMWPEライナーのリム部の形状パラメーターや固定のための溝の存在がライナーの力学的状態やインピンジメント損傷に及ぼす影響について検討を行った。その結果、UHMWPEライナーのリム部の面取り角度、面取り寸法、面取り高さ、リム高さなどの形状パラメーターがライナーの損傷形態や臨床寿命に影響を及ぼす重要な因子であることとこれらの形状パラメーターの変更によるインピンジメント損傷低減の可能性を提示した。また、ネックと接触するライナーのリム部のデザインを従来の面取りからフィレット（fillet）に変更することでライナーのインピンジメント損傷程度をより低減できる可能性を提示した。リム部の固定のための溝の存在については、溝を可能な限り無くして応力集中の影響を低減させることが必要であることを明らかにした。さらに、本研究では、ネック・ライナーインピンジメントとともにアセタブラーカップのねじ穴の存在によって発生するUHMWPEライナーのねじ穴の中への塑性変形がライナーの摩耗や破損などの損傷をさらに加速・増大させることが確認され、今後、この現象の影響についても更なる研究を行う予定である。
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Computer Methods, Imaging and Visualization in Biomechanics and Biomedical Engineering
巻: 36 ページ: 539-549
https://doi.org/10.1007/978-3-030-43195-2_44
臨床バイオメカニクス
巻: - ページ: -
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