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2018 年度 実績報告書

骨梁強度特性と分子・結晶構造特性に基づく海綿骨強度予測モデル

研究課題

研究課題/領域番号 17K14553
研究機関北海道大学

研究代表者

山田 悟史  北海道大学, 工学研究院, 助教 (90730169)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードバイオメカニクス / 骨組織 / 強度 / 海綿骨 / 骨梁
研究実績の概要

骨粗鬆症は骨強度が低下し骨折リスクが増大する疾患であり、海綿骨の多い部位での骨折が多い。海綿骨強度の評価には、骨密度や骨梁配向の他に、骨梁自体の強度特性、組織の力学的特性を決定する分子・結晶レベルの構造特性が重要であるが、これらは明らかでない。そこで本研究では、海綿骨強度予測モデルの開発のため、(1)骨梁強度特性、(2)分子・結晶レベルの構造特性、(3)これらの海綿骨強度への寄与を調査した。
補助事業期間全体を通じて、以下の成果を得た。(1)棒状・板状の骨梁形態によらず単一骨梁の計測が可能な骨梁強度特性計測システムを開発した。骨梁強度特性として、骨梁弾性率に着目した。ウシ大腿骨頸部および近位骨幹端の海綿骨より単一骨梁試験片を採取し骨梁弾性率を計測した結果、採取部位による有意な差および骨梁配向との有意な相関は認められなかった。また、棒状骨梁と板状骨梁の弾性率を比較した結果、明らかな差は認められなかった。(2)広角X線回折および小角X線散乱による単一骨梁試験片内の分子・結晶レベルの構造特性の計測方法および計測条件を整理した。棒状骨梁において、ハイドロキシアパタイト結晶c軸が骨梁長軸に配向する傾向が認められた。骨梁弾性率と配向度の有意な相関は認められなかった。また、単一骨梁試験片の小角X線散乱像を取得することができ、コラーゲン線維による3次回折ピークを観察することができた。(3)骨梁の大きさを考慮し、海綿骨の力学試験に適した試験片形状及び試験条件を検討した。単一骨梁試験片と同一部位より海綿骨立方体試験片を採取し圧縮試験を行った結果、海綿骨の見かけの弾性率や圧縮強度が有意に異なることを確認した。海綿骨の見かけの弾性率や圧縮強度が異なる一方、骨梁弾性率には明らかな差が認められなかったことから、骨梁弾性率に加えて骨梁形状の影響を含む骨梁剛性が海綿骨強度特性に寄与する可能性が示唆された。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 海綿骨弾性率・強度に対する骨梁剛性の寄与2019

    • 著者名/発表者名
      山田悟史, 深沢光一, 長尾春奈, 東藤正浩, 但野茂
    • 学会等名
      第31回北海道骨粗鬆症研究会学術集会
  • [学会発表] Effects of single trabecula stiffness on cancellous bone strength in bovine femoral neck and metaphysis2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Yamada, Masahiro Todoh, Shigeru Tadano
    • 学会等名
      8th World Congress of Biomechanics (WCB2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 海綿骨板状骨梁の弾性率計測2018

    • 著者名/発表者名
      高橋祐太, 長尾春奈, 山田悟史, 東藤正浩, 但野茂
    • 学会等名
      第3回日本バイオマテリアル学会北海道ブロック研究会
  • [学会発表] ウシ大腿骨近位海綿骨における骨梁形態と弾性率2018

    • 著者名/発表者名
      高橋祐太, 山田悟史, 東藤正浩, 但野茂
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] ウシ大腿骨における海綿骨強度と骨梁剛性・ネットワーク構造特性2018

    • 著者名/発表者名
      山田悟史, 長尾春奈, 高橋祐太, 東藤正浩, 但野茂
    • 学会等名
      日本機械学会第31回バイオエンジニアリング講演会

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公開日: 2019-12-27  

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