2019 年度実施状況報告書

レーザー共鳴周波数解析による医療インプラント設置強度の診断手法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号	19K04286
研究機関	国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
研究代表者	錦野将元国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所光量子科学研究部, グループリーダー(定常) (70370450)
研究分担者	長谷川登国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所光量子科学研究部, 主幹研究員(定常) (50360409) 三上勝大近畿大学, 生物理工学部, 助教 (20722763)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	レーザー計測 / アブレーション / 固有振動 / 塑性変形
研究実績の概要	高速・遠隔・定量評価が可能なレーザー共鳴周波数解析を応用することで、医学整形外科領域で用いられる脊椎スクリュー固定具レーザーを用いた新しい計測技術を開発するための基礎データを取得している。スクリューを土台 (模擬骨) に設置した時の設置強度を摩擦係数で定義するための研究を実施した。摩擦係数とレーザーパルス光照射で誘起する振動特性の相関関係を取得するため、実験系構築を実施し、基礎データの取得を開始した。その中で、整形外科インプラントに用いられる金属材料の塑性変形が、その固有振動特性へ影響を与えることを明らかにした。令和元年度は、整形外科インプラントの主だった材料であるチタン合金とは異なる金属種のデータ取得を実施した。母材の機械物性の違いに起因した振動特性への影響について、有限要素法解析を照会すると伴にデータの蓄積を行った。本研究の目的である摩擦係数と固有振動特性の相関関係を明らかにする過程で、他要因の影響を除くための重要な知見となった。この成果については令和2年度の国際会議で発表の予定である。また、整形外科インプラント計測に必要な装置小型化を目指すため、振動励起レーザーのパルス幅の違いによるレーザーアブレーション振動の違いや、レーザードップラー振動計測に必要な振動励起レーザーエネルギーの評価を進めている
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塑性変形による固有振動への影響を明らかにすることを令和元年度に優先して実施した。現在、ワッシャー型ロードセルを用いた摩擦係数評価に必要な軸力計測のための評価系構築を進めている。また、2年度目に計画しているマルチレーザー照射による計測実証は物品選定を既に完成させており、下半期より研究計画予定の通りにデータ取得が開始できる見通しである。一方で、計測を含めた装置小型化のための基礎実験や異なる金属材料に振動特性について、有限要素法解析を研究計画3年目に先駆けて開始している。
今後の研究の推進方策	研究初年度に基本的なレーザー照射評価系の構築が完了できており、今後も研究計画に沿ったデータ取得のための機器を購入し、遅滞なく研究を進めていく。研究計画の変更は必要ない。新型コロナウイルスの影響により国内外のメーカー製品の購入に影響が出ており、これらが研究計画に与える影響が未定である。
次年度使用額が生じた理由	コロナ感染症の拡大により学会出張、打ち合わせが取りやめとなり旅費、参加費等が残額として残った。翌年度の学会参加等に関しての旅費として検討している。