4次元CT観察とマルチスケール力学・構造計測に基づく海綿骨圧縮破壊特性の発現機序

基于4维CT观察及多尺度力学和结构测量的松质骨压缩性骨折特征表达机制

• 批准号: 22K03803
• 负责人: 山田 悟史
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03803/
• 关键词: バイオメカニクス; 骨組織; 強度; 海綿骨; 骨梁; 剛性; 破壊; 4次元CT; 骨

骨折や骨疾患の正確な診断と適切な治療には、海綿骨の強度と圧縮破壊挙動の正確な予測と制御が重要であり、その発現機序の解明が重要である。本研究は、海綿骨の強度を含む圧縮破壊特性の発現機序解明のため、海綿骨のマルチスケール構造に起因すると仮定し、これらの相互作用を4次元CT観察およびマルチスケール力学・構造計測により実験的に明らかにする。そのため、以下に取り組む。（１）4次元CT観察と骨梁ネットワーク構造解析の手法開発により、圧縮破壊特性に関わる骨梁と骨梁ネットワーク構造の構造的特性を解明、（２）骨梁の片持梁曲げ試験により骨梁力学特性と海綿骨圧縮破壊特性の関係を解明、Ｘ線回折・小角散乱計測によりこれらに及ぼす分子・結晶構造の寄与を解明、（３）以上により海綿骨の圧縮破壊特性の発現機序を解明する。3ヵ年計画のうち初年度に当たる今年度は、以下の成果を得た。（１）骨組織の有機相への影響が懸念される放射光は使用せずlab-scaleのX線源を用いた高速・高分解能マイクロCT装置を用いて、圧縮破壊試験中の海綿骨試験片の微視構造を逐次観察する海綿骨に特化した4次元CT観察手法を開発した。ウシ海綿骨試験片を4次元CT撮影し、応力－ひずみ関係と変形・破壊挙動との対応を観察し、本手法の有効性を実証した。（２）骨梁の力学特性に対する加齢の影響を調査した報告は数例に限られ、個体差や年齢幅に課題があった。そこで、骨梁の片持梁曲げ試験によりウシの成熟期と高齢期における骨梁弾性率を比較し、加齢に伴う材料特性の変化を調査した。黒毛和種ウシの大腿骨海綿骨において、高齢群と成熟群の間に骨梁弾性率の顕著な差が認められないことを示した。また、骨梁の動的破壊強度の評価方法を検討した。

It is important to correctly diagnose and treat bone diseases due to fractures, to accurately predict and control the strength of spongy bones, and to explain the current mechanism of the disease. This study explains the mechanical strength and compression-breaking characteristics of sponge bone and explains the origin of sponge bone's structure.仮定し、これらのInteractionを4D CT ObservationおよびマルチスケールMechanics・Structural Measurementにより実験的に明らかにする.そのため、The following にtakeりgroupむ. (1) 4-dimensional CT examination and bone beam structure analysis techniques to open and close the structure of the compression and rupture characteristics The characteristics of the structure of the bone beam and the bone beam are explained, (2) the bone beam's piece holding the beam bending test 験によりbone beam force Explanation of the relationship between scientific properties and sponge bone compression and rupture properties, X-ray deflection and small angle scatter measurement and analysis Sub-crystalline structure is explained and explained, and (3) the above-mentioned sponge bone's compressive and rupture characteristics are explained in detail. From the first year of the 3-year plan to the current year, the following results have been obtained. (1) The influence of the organic phase of the bone tissue on the suspense of the radioactive rays and the use of the lab-scale X-ray source on the high-speed and high-resolution energy of the X-ray C The T device uses a special 4-dimensional CT observation technique and a special 4-dimensional CT observation technique to observe the microscopic structure of the spongy bone test piece in the compression rupture test. The spongy bone test film and the 4-dimensional CT imaging, the relationship between the force and the strength of the bone, the relationship between the force and the force of the test, and the effectiveness of this technique have been proven. (2) A survey on the influence of the mechanical properties of bone beams and their influence on bone beams is a report with limited cases and individual differences.そこで, the bone beam's piece holding the beam curve is tested and the mature stage and the high-temperature stage are compared, and the material properties are investigated and investigated. Kuroge and kind ウシのthigh bone spongy bone において, high-grade group とmature group のbetween にbone beam elasticity rate の顕出なdifferent がcognize められないことをshow した.また、The method of evaluating the breaking strength of the bone beam is を検検した.