研究課題
本年度は、三次元μCT画像から構築した海綿骨の数値モデルを用いてFDTD(時間領域差分法)シミュレーションを行い、海綿骨中の超音波伝搬における骨梁構造の影響に関する詳細な検討を行った。更に、超音波伝搬解析用の数値人体モデルに組み込むための擬似海綿骨モデルの開発を行った。具体的な内容は以下の通りである。1. 斜方向の骨梁配向を有する海綿骨における超音波(高速波・低速波と呼ばれる二波)の伝搬経路について検討を行った。骨梁配向によって高速波・低速波は直進せず、両波の伝搬特性に影響を及ぼすことが示された。即ち、骨のin vivo計測において骨梁配向の考慮が重要である事が分かった。2. 骨のin ivo計測では超音波の伝搬方向に骨密度が変化する事を考慮して、伝搬方向の骨密度変化が高速波・低速波伝搬に及ぼす影響について検討を行った。骨密度変化が大きい場合は小さい場合と比較して、両波の伝搬特性が異なる傾向が示された。即ち、骨のin vivo計測において骨密度分布の考慮が必要である事が分かった。3. 独立行政法人・情報通信研究機構から無償提供された電磁界解析用の数値人体モデルを超音波解析用に改変した数値モデルに組み込むために、擬似海綿骨モデルの開発を行った。比較的少ないパラメータによって様々な骨梁構造の構築が可能なモデルを開発し、実際の海綿骨における超音波伝搬現象をシミュレーション出来る事が確認された。研究成果1・2によって骨状態評価のための数値人体モデルに海綿骨の骨梁配向と骨密度分布を考慮する必要がある事が明らかになり、研究成果3によってこれらの考慮が可能な擬似海綿骨モデルを開発した。以上の研究成果によって、骨状態評価に用いる手首および踵部分の数値人体モデル開発の基盤が整った。
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Japanese Journal of Applied Physics Vol.48
ページ: 07GK07-1-07-GK07-7
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Vol.56
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