生体システムの機能的適応に関するバイオメカニクス的研究

本研究では,生体組織の機能的適応,リモデリングの現象の詳細なる把握,並びにそのメカニズムの解明を目的として研究を行い,以下の成果を得た。1.除負荷,成長過程の負荷変動,定量的負荷の繰り返しが,家兎膝蓋腱とその線維束の力学的性質や形態に及ぼす影響を調べた結果,リモデリングは形態と物性の両者に極めて顕著に現れることが明らかになった。2.下顎骨を対象に個体別のシミュレーション手法を開発し、X線CT値と骨密度との間には良好な線形関係が成立し,計算された各部位の応力がこれらと良い相関関係にあることを明らかにした。3.骨のリモデリング機構の理論モデルを提案し,これにより骨修復や骨粗鬆などの計算シミュレーションを行い,理論モデルの有効性を評価した。計算結果は生体実験や臨床例と良い一致を示し,生体の適応機能を説明する上で,本理論が有効であることを確認した。4.ラット脛骨標本を実態顕微鏡・CCDカメラによってデジタル画像としてワークステ-ッションに取り込み,三次元立体成形用データに変換後,樹脂加工型光造形装置にオンラインで転送することによって,骨の3次元立体模型を作成することができた。5.股関節と下顎小臼歯の周囲組織を想定した三次元有限要素モデルを作成し,スッテプ状に急変する衝撃荷重下での動的応力解析を行い,海綿骨部と歯根膜が衝撃緩衝に重要な役割を果たしていることを明らかにした。6.ネコを用いた歯の移動実験において,近赤外光を応用して歯根膜の血液量を計測し,矯正力の大きさによって歯根膜血液量が変化することを明らかにした。

本研究では,生体組織の機能的適応,リモデリングの現象の詳細なる把握,並びにそのメカニズムの解明を目的として研究を行い,以下の成果を得た。1.除負荷,成長過程の負荷変動,定量的負荷の繰り返しが,家兎膝蓋腱とその線維束の力学的性質や形態に及ぼす影響を調べた結果,リモデリングは形態と物性の両者に極めて顕著に現れることが明らかになった。2.下顎骨を対象に個体別のシミュレーション手法を開発し、X線CT値と骨密度との間には良好な線形関係が成立し,計算された各部位の応力がこれらと良い相関関係にあることを明らかにした。3.骨のリモデリング機構の理論モデルを提案し,これにより骨修復や骨粗鬆などの計算シミュレーションを行い,理論モデルの有効性を評価した。計算結果は生体実験や臨床例と良い一致を示し,生体の適応機能を説明する上で,本理論が有効であることを確認した。4.ラット脛骨標本を実態顕微鏡・CCDカメラによってデジタル画像としてワークステ-ッションに取り込み,三次元立体成形用データに変換後,樹脂加工型光造形装置にオンラインで転送することによって,骨の3次元立体模型を作成することができた。5.股関節と下顎小臼歯の周囲組織を想定した三次元有限要素モデルを作成し,スッテプ状に急変する衝撃荷重下での動的応力解析を行い,海綿骨部と歯根膜が衝撃緩衝に重要な役割を果たしていることを明らかにした。6.ネコを用いた歯の移動実験において,近赤外光を応用して歯根膜の血液量を計測し,矯正力の大きさによって歯根膜血液量が変化することを明らかにした。