| 研究課題/領域番号 |
62550115
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
村上 輝夫 九州大学, 工学部, 教授 (90091347)
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| 研究分担者 |
緒方 公介 九州大学, 医学部, 講師 (40136437)
大月 伸男 九州大学, 教養部, 助教授 (60127991)
広川 俊二 九州大学, 教養部, 助教授 (80150374)
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| キーワード | 人工関節 / 人工膝関節 / トライボロジー / バイオトライボロジー / バイオメカニクス / 医用工学 / 最適設計 / 関節シミュレータ |
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| 研究概要 |
本研究では、従来見過ごされてきた人工膝関節における流体潤滑の実現に対する見通しをつけることにより、生体機能に近い機能を有する人工膝関節の最適設計の基礎的段階を確立し、臨床適用への足がかりをえた。膝関節の3次元曲面解析により大腿・膝蓋関節の接触状態及び接触応力状態を明らかにし、光弾性法による人工軟骨モデルの接触状態解析の基礎試験を実施した。ついで、関節シミュレータによる歩行模擬試験により、人工膝関節における潤滑膜形成の動的変化を解明した。また、従来タイプの人工膝関節の臨床適用例について、デザインや置換手法と成績との相関を検討した。
〔1〕3次元接触状態の解析 まず、生体の大腿・膝蓋関節部の3次元曲面解析を行った。この結果は、平地・坂道・階段歩行時の関節力と接触応力を算出したものであり、人工関節の膝蓋部の設計に反映できる。また、人工関節における弾性流体潤滑の実現の鍵となる人工軟骨の開発の基礎データをうるため、ゼラチンモデルによる光弾性解析に着手し、摩擦実験を含めて本手法の有用性を確かめた。
〔2〕膝関節シミュレータ試験 申請者らが独自に開発した膝関節シミュレータにより、歩行時の関節力と屈曲運動を再現し、臨床用人工関節や導電性材料モデルを用いて接触部の電気抵抗変化と摩擦の変化を測定した。本試験により、人工膝関節における潤滑膜形成を評価し、人工関節の形状、弾性率や潤滑液粘度の影響を調べ、適切な潤滑液を用いれば、人工軟骨により流体潤滑が可能であることを示すことができた。
〔3〕臨床適用における最適置換法 各種のセメントレス人工膝関節について、人工関節のデザインや置換方法の違いと臨床成績とを関連づけた。
以上の知見は、今後の最適設計を進め、臨床適用可能な人工膝関節の製作を実現するうえで重要な根拠となる。
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