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人工関節の病状適応型最適設計システムの開発

开发适应医疗条件的人工关节优化设计系统

基本信息

批准号：
11750074
负责人：
坂本二郎
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

平成11年度では,人工股関節の設計に必要とされる変形性股関節症の関節部の3次元形状や骨密度分布等をCT画像やX線写真から求め定量化する方法を確立した.また,そこで得られる骨密度分布を有限要素法による力学解析モデルに反映させるための手法についても開発を行った.即ち,CT画像とと実物の骨組織とを比較して,画像上の濃淡値と骨密度の関係を求めておくことで,大腿骨上の任意の点における骨密度が明らかとなる.この関係を用いて,大腿骨の形状データより予め作成しておいた有限要素モデルの各要素重心点における骨密度を求め,各要素の力学的特性値に変換して利用する.実際の変形性股関節患者より撮影したCT画像を対象に,本手法を用いて有限要素モデルを作成して,その有効性を確認した.さらに,大腿骨近位部の髄空形状に沿うように従来の人工股関節ステムの形状を修正し,これを挿入した大腿骨の有限要素モデルを用いて周囲の骨に作用する応力を解析した.これらの解析を髄空形状の異なる大腿骨に対しても同様に行い,その影響を比較検討した.その結果,髄空形状が異なる大腿骨についても,その髄空形状に合わせて人工股関節ステムの形状を修正することで,ほぼ同様な応力分布が得られることが明らかとなった.平成12年度では,患者個別の解析モデルを速やかに作成するための方法について検討し,各CT断面間の分割作業を半自動化することで,より効率の良いモデル作成を可能とした.また,大腿骨近位部における髄腔占拠率がより高い人工股関節ステムを新たに設計し,11年度と同様の条件で応力解析を行い,その違いについて検討した.この解析より,髄腔占拠率の高いステムを有するモデルの方が大腿骨近位部における応力が一様に大きく,生体力学的にもより好ましいことが明らかとなった.以上のような結果が得られたことから,本研究で開発したシステムの有効性が確認された.

In 2011, the design of artificial femoral joint was necessary, and the method of quantification of three-dimensional shape and bone mineral density distribution of femoral joint with variable shape was established. The bone density distribution was obtained by finite element method and mechanical analysis. That is,CT image and bone tissue of the object are compared. The relationship between the density and bone density on the image is calculated. The bone density of any point on the thigh bone is calculated. This relationship is used to determine the bone density of the femoral bone at the center of gravity of each element of the finite element model, and to change the mechanical properties of each element. The CT images of the patients with various femoral joints are imaged, and the method is established by using limited elements, so as to confirm the effectiveness of the method. In addition, the hollow shape of the proximal part of the thigh bone is corrected along the shape of the artificial femoral joint, and the finite element of the thigh bone is analyzed. The analysis of the difference in the shape of the space between the thigh bone and the same line, and the comparison of the effects. As a result, the hollow shapes of the femur are different, and the hollow shapes of the femur are combined to modify the shape of the artificial femoral joint system. This makes it clear that the same force distribution can be obtained. In 2012, it was possible to create a method for analyzing individual CT scans at a high speed, and to semi-automate the segmentation between CT scans. In addition, the artificial femoral joint has been newly designed for the proximal part of the thigh bone, and the force analysis has been carried out under the same conditions in the 11 th year. This analysis shows that the high percentage of the cavity occupied by the thigh bone is due to the large amount of force exerted on the proximal part of the thigh bone, and the high percentage of the biomechanical force exerted on the proximal part of the thigh bone is due to the high percentage of the cavity occupied by the thigh bone. The above results were obtained, and the effectiveness of this study was confirmed.