手関節の関節状態における動的解析

手根骨の運動と手関節の接触状態を解明することを目的として本研究を遂行してきた.関節の接触状態の解明は,骨や軟骨の3次元形状モデル(3Dモデル)およびフルオロスコピー(蛍光透視法)で撮影された手関節のフルオロ(蛍光X線)画像を用いたイメージレジストレーション法による関節の運動解析と,弾性接触理論を用いた関節軟骨に対する接触圧力解析により実施する予定とした.イメージレジストレーション法は、X線画像に骨・軟骨の3Dモデルを重ね合わせることで3Dモデルの3次元的な位置を解析することが可能である.平成23年度は接触圧力解析の精度を向上させるため,骨の材料特性を考慮した3Dモデルの作成や有限要素解析法(FEA)による解析について検討した.手関節の3DモデルをMRI(核磁気共鳴イメージング)画像から作成すると,骨の材料特性に関する情報を取得することができないため,3Dモデルに材料特性を含有することができない.そこでX線被曝が少なく,骨密度情報を取得できるpQCT(末梢型定量CT)を用いて,pQCTデータから3次元形状モデルおよび有限要素(FE)メッシュを作成した.pQCTの骨密度値からヤング率を算出して,骨のヤング率をFEメッシュの各要素に分布させた.pQCTデータから作成されたFEメッシュを用いてFEAによる応力ひずみ解析を行い,異なる外部荷重に対する応力ひずみ分布の差異を確認した.本研究において接触圧力解析の精度向上のために,FEAが手関節の接触圧力解析に適用できることが示唆された.

手根骨の運動と手関節の接触状態を解明することを目的として本研究を遂行してきた.関節の接触状態の解明は,骨や軟骨の3次元形状モデル(3Dモデル)およびフルオロスコピー(蛍光透視法)で撮影された手関節のフルオロ(蛍光X線)画像を用いたイメージレジストレーション法による関節の運動解析と,弾性接触理論を用いた関節軟骨に対する接触圧力解析により実施する予定とした.イメージレジストレーション法は、X線画像に骨・軟骨の3Dモデルを重ね合わせることで3Dモデルの3次元的な位置を解析することが可能である.平成23年度は接触圧力解析の精度を向上させるため,骨の材料特性を考慮した3Dモデルの作成や有限要素解析法(FEA)による解析について検討した.手関節の3DモデルをMRI(核磁気共鳴イメージング)画像から作成すると,骨の材料特性に関する情報を取得することができないため,3Dモデルに材料特性を含有することができない.そこでX線被曝が少なく,骨密度情報を取得できるpQCT(末梢型定量CT)を用いて,pQCTデータから3次元形状モデルおよび有限要素(FE)メッシュを作成した.pQCTの骨密度値からヤング率を算出して,骨のヤング率をFEメッシュの各要素に分布させた.pQCTデータから作成されたFEメッシュを用いてFEAによる応力ひずみ解析を行い,異なる外部荷重に対する応力ひずみ分布の差異を確認した.本研究において接触圧力解析の精度向上のために,FEAが手関節の接触圧力解析に適用できることが示唆された.