| 研究概要 |
人工膝関節の最適設計をめざして, 計画の基礎的段階を確立しつつある. 1.3次元接触状態の解析
生体膝における大腿骨・脛骨間の接触状態の解析に加えて, 大腿骨・膝蓋骨間の接触状態を含めた形状解析を開発した. これらの生体膝関節曲面に対して開発した3次元形状解析法を人工膝関節に適用し, 各屈曲位における大腿-脛骨部品間や大腿-膝蓋部品間の接触点と接触力を算出するため, 人工関節形状データのパソコンへのデジタル入力法を開発しつつある.
3次元光弾性(凍結)実験により人工膝関節の接触応力状態を評価するために, 現在臨床に適用されている各種人工関節及び試作人工関節の3次元モデルを製作した. 今後, 実験と評価に移る予定である.
2.膝関節シミュレータ試験
実際の運動時における人工膝関節の性能を評価するために, 歩行時の関節力と屈曲運動を再現できる関節シミュレータ(パソコン制御方式)を開発した. 今年度は, 歩行条件下の人工膝関節における潤滑膜形成がどのように変化するかを明らかにした. とくに, 導電性材料を用いて接触部の電気抵抗変化を測定することにより潤滑膜形成を評価し, 荷重パターンや, 摩擦面材料の弾性率, 人工軟骨層の厚さ, 潤滑液粘度の影響を把握できた. この結果の適用により, 摩擦面において弾性流体潤滑膜を形成させ, 摩擦を低下させるとともに, 摩擦面の直接接触を防ぐことにより摩耗を低減させ, 人工関節の性能向上や寿命の増進をはかることができる. また, 各種人工関節材料の滑り接触試験により, 摩擦摩耗特性を評価した.
なお, 臨床における成績評価を行い, その問題点を把握するとともに, 臨床適用時の治具の改善も検討しつつあり, 以上の成果を今後の設計改良に反映させ, 本研究を進める.
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