| 研究課題/領域番号 |
18KK0402
|
|---|
| 研究機関 | 日本大学 |
|---|
研究代表者 |
プラムディタ ジョナス 日本大学, 工学部, 准教授 (50615458)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019 – 2021
|
| キーワード | 橈骨遠位端骨折 / 転倒 / 有限要素解析 / 三次元モデル化 / 動的試験 |
|---|
| 研究実績の概要 |
転倒による橈骨遠位端（手首）骨折の骨折形態の多様化の発生要因を解明するために，基課題の研究（17K06047）では，破壊モデルを導入した手首有限要素（FE）モデルを新たに構築し，これを用いて転倒再現解析手法を確立した．転倒再現解析に使用可能な手首有限要素モデルの開発にあたり，検証および妥当性確認（V&V: Verification & Validation）が重要課題の一つであるが，これに活用できる過去の実験データの入手が困難である．そこで，手首有限要素モデルの検証と妥当性確認に活用できる実験データを取得するために，本国際共同研究では，米国バージニア大学（UVA）において，ヒト屍体（PMHS: Post Mortem Human Subject）の前腕を用いた動的試験により外力に対するヒト手首の力学応答を明らかにするとともに，個体別FEモデルによる実験再現解析手法を確立することを目的としている． 2019年度では，動的試験に使用する固定治具および試験機の開発および個体別FEモデルの基本となるモデルの構築を行い，以下の成果を得ることができた．
１．転倒事故の荷重条件を再現できる動的試験機が必要となるため，UVAの研究者と協力しながら，動的試験機の設計を完了させた．また，CT撮影時に特定の前腕姿勢を維持できるように固定治具を新たに設計した．さらに，試験機および試験治具の一部をモデル化し，これを用いて有限要素解析を行うことにより，各部品の材料や寸法の妥当性を確認することができた．
２．有限要素解析において動的試験と同様の条件を再現するために，前腕の有限要素解析を新たに構築する必要がある．そのため，標準体型の被験者のCTデータをもとに橈骨，尺骨，月状骨，舟状骨，三角骨の三次元モデル化を行った．また，精巧なモデルを得るために，軟骨および靭帯のモデル化も実施した．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画どおり，初年度において動的試験に用いる試験機の設計を終わらせることができた．また，試験時に前腕を固定し，前腕姿勢を維持するための固定治具の設計も完了させることができた．この試験機と固定治具を用いることにより，手首が伸展した状態の前腕の近位部を固定し，掌側から橈骨軸方向に向かって動的荷重を与える試験を実施することができるようになる．また，この試験機と固定治具により前腕姿勢および負荷方向を変更でき，骨折形態に影響を及ぼす可能性のあるパラメータの検討を可能にできると考えている．以上より，試験機および固定治具の製作が完了すれば，次年度に予定される動的試験に必要な試験機および固定治具の準備が整える．
手首有限要素モデルの検証と妥当性確認を実施するために，動的試験から得られた力学応答との比較を行う予定であるが，動的試験に用いた試料と同様の幾何形状を有する基本モデルが必要となっている．そのため，肘までの橈骨と尺骨から構成された有限要素モデルを新たに開発することとした．標準体型の被験者のCTデータより精巧な前腕有限要素モデルを構築することができた．これにより次年度に予定される個体別有限要素モデルの構築および力学応答の比較検証を実施できる．
|
| 今後の研究の推進方策 |
次年度では，動的荷重を受ける手首の力学応答データを取得するために，上で述べた試験機と固定治具を用いて動的試験を実施する予定である．試験時に手首構成骨の挙動や橈骨の局所的変形等を取得するために，予備試験を通じて計測手法を確立する．具体的には，骨に貼り付けたひずみゲージおよび固定部やインパクタ―に取り付けたロードセルまたは加速度計を用いてひずみと荷重応答を取得する．また，試験時に高速X線撮影装置を用いて手首構成骨の挙動を撮影し，骨間の相対運動を解析する．
動的試験に用いた試料と同様の幾何形状と材料特性を有するモデルを構築するために，上で述べた基本モデルの幾何形状と材料特性をスケーリングすることにより，個体別有限要素モデルを構築する予定である．なお，スケーリングはUVAが開発した手法を用いて実施する予定である．これにより解析結果に及ぼす幾何形状と材料特性の違いによる影響を低減できると考えられる．個体別有限要素モデルを用いて動的試験再現解析を実施することにより，試験結果と同様の骨折形態が再現でき，本研究で提案した有限要素モデルとこのモデルを用いた解析手法の妥当性が確認できることが期待されている．
|
