顎骨の骨梁構造を考慮した高分解能・高精度・大規模有限要素解析

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顎骨の骨梁構造にまで考慮した荷重伝達機構を明らかにするため、高分解能撮像分解能のままの要素寸法で高精度三次元有限要素解析を行った。その手段として、64ビットPCでの大規模解析を行う方法で、顎骨全体のマクロモデルに骨梁構造を反映した均質化材料モデルを適用するマルチスケール解析を行い、その結果をふまえて海綿骨の微細構造に注目して骨梁内のBAp配向を算出を行った。また撮像分解能が応カ解析精度に及ぼす影響を解明するために、対象骨を分解能を変えてマイクロCT撮像し、均質化法により解析するマクロ特性値から違いを考察した。その結果、ビーグル犬上顎骨インプラント埋入試料についてインプラント間の骨梁構造の観察を行い、頬舌方向と近遠心方向・インプラント軸方向の骨梁構造と剛性に定量的に異方性を認めた。顎関節部の前方滑走運動のシミュレーションも行い、応力状態と内部構造観察から荷重モードや骨梁への荷重伝達機構を解明している。さらに、ヒト下顎骨インプラント埋入体及び、無歯顎下顎骨を試料体として骨密度、骨梁構造、マクロ剛性の相関を定量的に解明した。今回の研究により、1000万メッシュ以上の三次元有限要素解析を行うことができるようになり、骨梁構造を考慮に入れたマイクロメートルオーダでの解析を行えるようになった。さらに次年度は生体アパタイト配向と撮像分解能が応力解析制度に及ぼす影響について追求し、骨梁の異方性を正確に予測できる顎骨のマルチシミュレーションを実用化するための基礎データを取得する予定である。