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2010 年度 実績報告書

階層的複合構造特性に基づいた生体内骨組織応力検出法

研究課題

研究課題/領域番号 19200035
研究機関北海道大学

研究代表者

但野 茂  北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (50175444)

研究分担者 佐々木 直樹  北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (40142202)
白土 博樹  北海道大学, 大学院・医学研究科, 教授 (20187537)
古坂 道弘  北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (60156966)
東藤 正浩  北海道大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (10314402)
藤崎 和弘  北海道大学, 大学院・工学研究院, 助教 (90435678)
キーワードバイオメカニクス / 生体骨組織 / 応力検出 / X線回折 / 皮質骨 / 結晶配向性 / 中性子散乱 / 平面応力
研究概要

本研究は、HApとColの階層的複合構造である生体皮質骨に生じた応力を非侵襲に測定する原理および手法の提案を目的とする。4年計画の最終年度である今年度は、以下の事項を実施した。
1)骨組織ひずみ-HApひずみ関係式:X線回折で測定されたHAp結晶格子ひずみと骨組織ひずみの関係式を引き続き検討した。これには骨軸方向、結晶方位、負荷方向を考慮した。また結晶性との関連も調べた。ミクロスケールとして皮質骨のOsteon-Woven Bone構造との関連も調査した。
2)骨組織応力測定用回折X線システム:回折X線装置の計測システムおよびデータ処理を整備し、骨組織残留応力システムを検討した。残留応力測定のためのX線照射条件の精度向上を図った。
3)変形中の骨組織成分挙動と結晶化度依存異方性構成式:引張負荷中における骨組織HAp-Col複合体のマクロ変形とHAp結晶のミクロひずみを同時に測定した。これは、皮質骨と海綿骨骨梁についてもX線照射中に微小引張試験を行った。この装置は試作し、マクロ変形はひずみゲージで、ミクロひずみはX線で測定した。
4)表層面応力成分算出法:IPで測定されたひずみ成分から皮質骨表層面の二軸応力成分を高精度に算出する方法を整理した。
5)中性子散乱による骨組織ひずみ:中性子散乱実験により、外的負荷を与えた場合の骨組織ひずみとHAp、Colの両ひずみの関係を求めた。
6)生体骨の残留応力測定:in vivo(生体内)骨組織内の応力測定手法を検討した。その精度と各条件を求める。実験には家兎を用いる。
7)応力診断装置の提案:本研究の成果をまとめ、臨床使用可能な骨組織応力診断装置の原理を検討し、解決すべき問題点等を整理した。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 10件) 学会発表 (22件)

  • [雑誌論文] Residual Stress Distribution in the Bovine Femoral Diaphysis Measured by Syncrotron2011

    • 著者名/発表者名
      Yamada, S.
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering JSME

      巻: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Residual Stress Distribution in the Rabbit Extremities2011

    • 著者名/発表者名
      Yamada, S
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ハイドロキシアパタイト焼結体のレーザ接合性2011

    • 著者名/発表者名
      荻田平
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 77-774 ページ: 537-544

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Residual Stress Around the Cortical Surface in Bovine Femoral Diaphys is2010

    • 著者名/発表者名
      Yamada, S
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Engineering, ASME

      巻: 132-4 ページ: 0445031-0445034

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain Measurement of Pure Titanium Covered With Soft Tissue Using X-Ray Diffraction2010

    • 著者名/発表者名
      Fujisaki, K
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Engineering, ASME

      巻: 132-3 ページ: 0310041-0310045

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Residual Stresses at the Cortical Bone of the Rabbit Extremities2010

    • 著者名/発表者名
      Yamada, S
    • 雑誌名

      IFMBE Proceedings

      巻: 31 ページ: 780-783

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deformation and Orientation of HAp Crystals at Osteon-Scale Structure in Bovine Cortical Bone2010

    • 著者名/発表者名
      Kodaki, Y
    • 雑誌名

      IFMBE Proceedings

      巻: 31 ページ: 819-822

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical Response of Mineral Crystallites as a Tool to Predict Fracture Risks in Bone2010

    • 著者名/発表者名
      Giri, B
    • 雑誌名

      IFMBE Proceedings

      巻: 31 ページ: 796-799

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stress Measurements of Implanted Ti Plate Covered with Skin Like Materials2010

    • 著者名/発表者名
      Fujisaki, K
    • 雑誌名

      IFMBE Proceedings

      巻: 31 ページ: 1309-1301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of pH on Anisotropic Gelation of DNA Induced by Aluminum Cations2010

    • 著者名/発表者名
      Furusawa, K
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 114 ページ: 13923-13932

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elementary Process of Mechanical Adaptation of Tissues : Response of Cells to Mechanical Stimulation2010

    • 著者名/発表者名
      Sasaki, N
    • 雑誌名

      Journal of the Japanese Bio-Electrical and Physical Stimulation Research Society

      巻: 24 ページ: 11-16

  • [学会発表] シンクロトロンによる皮質骨内部の残留応力分布測定2011

    • 著者名/発表者名
      山田悟史
    • 学会等名
      日本機械学会第23回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      熊本大学(熊本)
    • 年月日
      2011-01-18
  • [学会発表] 皮膚組織下のチタンプレートの応力測定2011

    • 著者名/発表者名
      藤崎和弘
    • 学会等名
      日本機械学会第23回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      熊本大学(熊本)
    • 年月日
      2011-01-09
  • [学会発表] X線IPによる皮質骨組織内HAp結晶の3軸ひずみ測定2010

    • 著者名/発表者名
      藤崎和弘
    • 学会等名
      日本機械学会第21回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢)
    • 年月日
      2010-11-13
  • [学会発表] 脊柱側弯症矯正中の固定ロッドに作用する力2010

    • 著者名/発表者名
      Salmingo Remel
    • 学会等名
      日本機械学会第21回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢)
    • 年月日
      2010-11-13
  • [学会発表] 海綿骨骨梁における引張負荷時のHAp結晶ひずみ2010

    • 著者名/発表者名
      上原遼士
    • 学会等名
      日本機械学会北海道支部第49回講演会
    • 発表場所
      北海道工業大学(札幌)
    • 年月日
      2010-11-07
  • [学会発表] 皮質骨骨軸方向負荷時のHAp結晶ひずみとオステオン面積比の関係2010

    • 著者名/発表者名
      小瀧優香
    • 学会等名
      日本機械学会北海道支部第49回講演会
    • 発表場所
      北海道工業大学(札幌)
    • 年月日
      2010-11-07
  • [学会発表] ウシ大腿骨骨幹内部の残留応力分布2010

    • 著者名/発表者名
      山田悟史
    • 学会等名
      第37回日本臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都)
    • 年月日
      2010-11-02
  • [学会発表] 放射光X線回折による骨組織内ミネラル-コラーゲン相の力学挙動観察2010

    • 著者名/発表者名
      東藤正浩
    • 学会等名
      第37回日本臨床バイオメカニクス学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館,京都
    • 年月日
      2010-11-02
  • [学会発表] 閉口筋を考慮した3次元有限要素法によるインプラント傾斜埋入モデルの下顎骨の応力解析2010

    • 著者名/発表者名
      仲井太心
    • 学会等名
      日本機械学会第23回計算力学講演会
    • 発表場所
      北見工業大学(北見)
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] エナメル質表面におけるアパタイトの結晶配向と変形特性2010

    • 著者名/発表者名
      藤崎和弘
    • 学会等名
      第18回顎顔面バイオメカニクス学会大会
    • 発表場所
      産業振興センター(札幌)
    • 年月日
      2010-09-19
  • [学会発表] 放射光X線回折による骨ミネラルーコラーゲン相の力学挙動観察2010

    • 著者名/発表者名
      東藤正浩
    • 学会等名
      第18回顎顔面バイオメカニクス学会大会
    • 発表場所
      産業振興センター(札幌)
    • 年月日
      2010-09-19
  • [学会発表] ウシ大腿骨海綿骨における骨梁内HAp結晶の配向と変形挙動2010

    • 著者名/発表者名
      山田悟史
    • 学会等名
      日本機械学会2010年度年次大会
    • 発表場所
      名古屋工業大学,(名古屋)
    • 年月日
      2010-09-06
  • [学会発表] Residual Stresses at the Cortical Bone of the Rabbit Extremities2010

    • 著者名/発表者名
      Yamada, S
    • 学会等名
      World Congress on Biomechanics WCB 2010
    • 発表場所
      Suntec Singapore International Convention & Exhibition Centre(シンガポール)
    • 年月日
      2010-08-04
  • [学会発表] Mechanical Response of Mineral Crystallites as a Tool to Predict Fracture Risks in Bone2010

    • 著者名/発表者名
      Giri, B
    • 学会等名
      World Gongress on Biomechanics WCB 2010
    • 発表場所
      Suntec Singapore International Convention & Exhibition Centre(シンガポール)
    • 年月日
      2010-08-04
  • [学会発表] Stress Measurements of Implanted Ti Plate Covered with Skin Like Materials2010

    • 著者名/発表者名
      Fujisaki, K
    • 学会等名
      World Congress on Biomechanics WCB 2010
    • 発表場所
      Suntec Singapore International Convention & Exhibition Centre(シンガポール)
    • 年月日
      2010-08-04
  • [学会発表] Anisotropic Effect of Collagen Denaturation on Mechanical Properties of Bone Tissue2010

    • 著者名/発表者名
      Todoh, M.
    • 学会等名
      World Congress on Biomechanics WCB 2010
    • 発表場所
      Suntec Singapore International Convention & Exhibition Centre(シンガポール)
    • 年月日
      2010-08-02
  • [学会発表] Deformation and Orientation of HAp Crystals at Osteon-Scale Structure in Bovine Cortical Bone2010

    • 著者名/発表者名
      Kodaki
    • 学会等名
      World Congress on Biomechanics WCB 2010
    • 発表場所
      Suntec Singapore International Convention & Exhibition Centre(シンガポール)
    • 年月日
      2010-08-02
  • [学会発表] 歯牙エナメル質内HAp結晶配向とひずみ測定2010

    • 著者名/発表者名
      藤崎和弘
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会ROBOMEC2010
    • 発表場所
      旭川大雪アリーナ(旭川)
    • 年月日
      2010-06-15
  • [学会発表] ウシ・ウマの大腿骨における残留応力の比較2010

    • 著者名/発表者名
      山田悟史
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会ROBOMEC2010
    • 発表場所
      旭川大雪アリーナ(旭川)
    • 年月日
      2010-06-15
  • [学会発表] 微視構造特性による骨強度評価2010

    • 著者名/発表者名
      Giri Bijay
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニス講演会ROBOMEC201
    • 発表場所
      旭川大雪アリーナ(旭川)
    • 年月日
      2010-06-15
  • [学会発表] 生体組織力学適応の素過程:力学刺激に対する細胞の応答2010

    • 著者名/発表者名
      佐々木直樹
    • 学会等名
      第37回日本生体電気・物理刺激研究会
    • 発表場所
      東京医科大学(東京都)
    • 年月日
      2010-03-06
  • [学会発表] X線回折法による歯牙表面のひずみ分布測定2010

    • 著者名/発表者名
      藤崎和弘
    • 学会等名
      日本機械学会第22回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      岡山理科大学(岡山)
    • 年月日
      2010-01-09

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公開日: 2012-07-19  

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