Analysis of the mechanism of mechanical stress-induced osteogenesis using method of numerical analysis on local mechano-electric induced particle diffusion and its application for osteosynthesis

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仮骨が持つ粘弾性特性に着目し、粘弾性体を用いて応力緩和減少に及ぼす負荷変位速度の影響を調べ、延長仮骨における負荷変位速度の効果を検討した。人工透析用セルロース膜を用い、Quasi-static 試験を行った。負荷速度は0.04mm/sec, 0.06mm/sec, 0.1mm/secnの条件で行った。1ステップの変位を1mm，保持時間を30sec, 60secとした。試験の結果、負荷変位速度が高くなると負荷荷重は増加したが、保持過程での応力緩和が著しくなった。逆に負荷変位速度が低くなると負荷荷重は低いが負荷過程から荷重減少率が低下して、見掛け上長い応力保持過程が得られた。すなわち、負荷変位速度が高いと最大荷重付近の持続時間が短く、負荷変位速度が低いと最大荷重付近の持続時間が長いことが示唆された。次に、各引張変位速度において、1ステップ、5ステップでの最大負荷荷重値を比較した。負荷変位速度が0.06mm/secまでは変位速度の増加とともに負荷荷重は増加するが、0.06mm/sec以上ではその値は負荷変位速度に対してほぼ飽和した。粘弾性的性質を有する材料は、一定負荷変位速度と休止時間を与える負荷条件下で応力緩和現象が発現する。この条件で高応力負荷状態を維持するには、①高応力が作用し、かつ②応力緩和が抑制されることが必要である。本実験結果から、①のためには一定負荷変位速度を増加させることが必要であり、②については逆に一定負荷変位速度を抑制することが必要であることが示唆された。また、一定負荷変位速度において、変位速度を増加させても最大荷重がほぼ変化しない飽和領域が存在することが判明した。以上より、一定負荷変位速度と休止時間を与える負荷条件において、応力緩和現象を抑制して高応力負荷状態を維持するには、一定負荷変位速度、すなわち牽引速度に最適値が存在することが示唆された。