確率論的・FEMモデルによる音の破壊伝播機構の解明と大腿骨頸部骨折発生機序の検討

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(目的)高齢者に多い大腿骨頸部骨折は骨粗鬆症に起因する。本骨折は難治性の骨折であるので発生を極力回避したい。そのためには骨折発生時期を精度よく予測する必要があるが、骨組織、特に海綿骨は構造上の不均一性が甚だしく骨折発生予知の妨げになっている。そこで、海綿骨の強度を不均一性を考慮してFEMモデル化し、統計処理を施して骨折時期予知の信頼性について検討した。(結果)海綿骨の確率論的モデルの作成。実際のヒト大腿骨中枢部より採取した海綿骨の骨梁構造の特徴を方向性の強さ、体積密度によって表し、また、各骨梁は主に曲げを受けることなどを考慮して、Y型単位要素を考案した。実際の海綿骨は大別して3種類の構造をもつので、その中間型をも含めて5種類のFEM骨梁構造を決定した。また、海綿骨のFEM全体モデルとして格子(10×10)に単位要素をランダムに配置して配列の違いから生じる強度のバラツキを求めた。破壊の有無の判断は皮質骨の引っ張り強度を参考にした。更に、同海綿骨からなる大腿骨中枢部FEMモデルを作成し、片脚起立位を設定して骨頭反力(体重の3倍)と大転子(体重の2.7倍)に荷重し、頸部に生じる海綿骨の破壊箇所について検討した。頸部主引っ張り骨梁群に最初の破壊が起こることが示唆された。