生体硬組織の衝撃応力波による損傷メカニズムの解析

点击翻译按钮获取中文摘要

離断性骨軟骨炎等でみられる骨ー軟骨部の衝撃損傷現象に注目して,次のような実験および理論的研究を進め,生体硬組織の衝撃応力波による損傷メカニズムの基本的知見を得た.1.軟骨モデルの衝撃および動的特性の評価 関節部を構成しているスポンジ状軟骨について,その材料特性をシミュレ-トしたモデルをポリウレタンエウストマ-により試作し,これの動的応力・ひずみ特性や応力波の伝ぱ挙動を,対応する実験装置を試作することによって明らかにした.この研究より動的応力・ひずみ特性は空孔率に大きく影響され,また単一パルス波はこのような多孔質体を伝ぱすることによって,その応力値は低下するが,応力波の持続時間は逆に増大する.2.骨ー軟骨部モデルの設定とその動光弾性実験 骨ー軟骨部をそれらのヤング率比が等しいエポキシとポリウレタンエウストマ-から成る円板,平板モデルに置き換え,これに衝撃応力波を伝ぱさせたときの各部に生ずる動的応力分布を超高速度カメラで把握した.また軟骨部が流体中に置かれた場合の同様の実験を試みた.これより空孔率の増大に対応して海綿骨部へ伝ぱする応力の最大値は減少するが,伝ぱ域は広くなること.さらに海綿骨部の応力状態も流体の存在でかなり変化してくることも明らかとなった.3.動的有限要素法を用いた応力波伝ぱ挙動の解析 衝撃応力波を受ける物体に対する各部の動的応力分布を解析する有限要素法プログラムを,特に多孔質体モデルにも適用出来るように拡張した.それを用いて,先の1,2の各実験に対応したシミュレ-ション計算を試みた.その結果,各実験で得られたとほぼ同様の傾向を確認出来た.さらに衝撃応力波に対する軟骨下骨の力学的効果を解析し,これが海綿骨破損に対するプロテクタ-としての役割のあることを明らかにした.