成長残留応力による生体骨骨梁構造の微視的リモデリングメカニズムに関する研究

生长残余应力对活体骨小梁结构微观重塑机制的研究

• 批准号: 13750081
• 负责人: 東藤 正浩
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750081/
• 关键词: 骨組織; 残留応力; 骨梁構造; リモデリング; 格子構造モデル; 構造最適性

本研究「成長残留応力による生体骨骨梁構造の微視的リモデリングメカニズムに関する研究」では,骨梁内残留応力の測定による微視的再構築モデルの実験的立証を目的とする.平成14年度では,リモデリングに伴う海綿骨の階層構造性とその工学的応用の可能性について評価した.その結果,海綿骨骨梁の弾性特性と配向性からみた海綿骨の力学特性,双線形可変剛性を有する連続体構造設計について,以下の研究成果が得られた.1.海綿骨骨梁の弾性特性と配向性からみた海綿骨の力学特性海綿骨は,骨梁が作る網目状構造により構成され,海綿骨の力学特性はその形態と骨梁個々の弾性特性,配向性に依存する.階層構造を有する骨の力学特性を理解するうえで,異なるスケールでの特性を結びつけることは重要である.そこで,骨梁の配向性と個々の骨梁についての力学試験から得られる弾性特性に基づき,海綿骨の力学的特性について評価した.海綿骨の力学特性は材料試験機による力学試験により,形態特性はマイクロX線CT画像による特徴量解析により評価した.一方,骨梁の弾性特性は微小三点曲げ装置にて行った.その結果,海綿骨の階層構造性を理解するには,素材と構造の両面からの検討が必要であることがわかった.2.双線形可変剛性を有する連続体構造設計変形に伴う構造物の位相変化とそれによる構造特性の変化に着目し,それぞれの構造位相ごとに指定剛性値をもつ双線形可変剛性構造を提案した.構造位相を荷重係数で,剛性を平均コンプライアンスで記述し,構造位相変化時の荷重係数および位相変化前後の平均コンプライアンスを制約とする位相決定問題,形状決定問題を体積最小化問題として定式化した.この位相および形状決定の二段階法による双線形可変剛性構造設計の可能性を,引張あるいは圧縮荷重領域で剛性が変化する設計例を通じて確認し,その有効性を示した.

This study "growth 応 residual force に よ る living body of bone beam construction の micro visual リ モ デ リ ン グ メ カ ニ ズ ム に masato す る research" で は, measure の 応 residual forces within bone beam に よ る micro visual to construct モ デ ル の be 験 testification of を purpose と す る. Pp.47-53 14 year で は, リ モ デ リ ン グ に with う spongy bone の class structural と そ の engineering 応 with の possibility に つ い て review 価 し た. そ の results, spongy bone beam の 弾 sexual features と match tropism か ら み た spongy bone の mechanical properties of the double linear can be - rigid を す る even 続 body structure design に つ い て, the following の research が must ら れ た. 1. Spongy bone beam の 弾 sexual characteristics と match tropism か ら み た sponge sponge bone は の mechanics properties, bone bone beam が as る mesh structure に よ り constitute さ れ, spongy bone の mechanical characteristics は そ と bone beam の form a 々 の 弾 sexual characteristics, match to the sexual に dependent す る. Class a す を construction る の bone mechanical properties を understand す る う え で, different な る ス ケ ー ル で の features を "び つ け る こ と は important で あ る. そ こ で, bone beam の deserve to sexual と 々 の bone beam に つ い て の mechanics test か ら have ら れ る 弾 sexual features に base づ き, spongy bone の mechanics features に つ い て review 価 し た. Spongy bone の mechanical characteristics は material test machine に よ る mechanics test に よ り, morphological features は マ イ ク ロ X-ray CT picture に よ る, analytical に 徴 quantity よ り review 価 し た. Side, bone beam の 弾 sexual characteristics は tiny three qu げ device に て line っ た. そ の results, spongy bone の class structural を understand す る に は, material と tectonic の struck surface か ら の beg が 検 necessary で あ る こ と が わ か っ た. 2. Double linear can be - rigid を す る even 続 body structure design - shaped に with う structure の phase - change と そ れ に よ る tectonic features の - に the mesh し, そ れ ぞ れ の tectonic phase ご と に specified on rigid numerical を も つ double linear can し - rigid structure を proposal た. Construction phase を で load coefficient, average rigid を コ ン プ ラ イ ア ン ス account で し, when construction phase variations to の load coefficient お よ び phase before and after - average の コ ン プ ラ イ ア ン ス を restrict と す る phase decision problem, shape decision problem を volume minimization problem と し て demean し た. こ の phase お よ び shape decided の two Duan Jie method に よ る double linear Rigid structure design possibilities の を variations, extension and あ る い は で rigid が 圧 shrinkage load field variations change す る design example を tong じ て confirm し, そ の have sharper sex を shown し た.

项目成果

松本 武志: "骨梁の弾性特性と配向性からみた海綿骨の力学特性"日本機械学会講演論文集. NO.02-1. 33-34 (2002)

Takeshi Matsumoto：“从骨小梁的弹性特性和方向来看松质骨的机械特性”，日本机械工程学会论文集 NO.02-34（2002 年）。

田中 正夫: "双線形可変剛性を有する連続体構造設計"日本機械学会論文集. 68・673. 1407-1412 (2002)

Masao Tanaka：“双线性可变刚度的连续结构设计”日本机械工程师学会会刊 68・673（2002）。

Masao TANAKA: "Single trabecula bending test for relationship between mechanical property and orientation of trabeculae of cancellous bone"Proceedings of 11^<th> International Congress on Biological and Medical Engineering. (2002)

Masao TANAKA：“松质骨机械性能与小梁方向关系的单小梁弯曲试验”第11届国际生物医学工程大会论文集。

東藤 正浩: "格子構造モデルに基づく海綿骨骨梁構造の残留応力推定"日本機械学会講演論文集. No.01-16. 15-16 (2001)

Masahiro Tofuji：“基于晶格结构模型的松质骨小梁结构的残余应力估计”日本机械工程学会论文集No.01-16（2001）。

松本 武志: "海綿骨骨梁構造の三次元斜交格子セルモデルとパラメータ同定"日本機械学会講演論文集. No.01-27. 99-100 (2001)

Takeshi Matsumoto：“松质骨小梁结构的三维斜晶格细胞模型和参数识别”日本机械工程学会论文集No.01-27（2001）。