表面置換型人工肘関節周囲骨組織に生じる各肘関節角度における生体工学的コンピュータ応力解析

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  • BIOMECHANICAL APPROACH OF UNLINKED TOTAL ELBOW ARTHROPLASTY AT EACH ANGLE OF THE ELBOW BY COMPUTER CALCULATION
  • ヒョウメン チカンガタ ジンコウ ヒジ カンセツ シュウイコツ ソシキ ニ ショウジル カク ヒジ カンセツ カクド ニ オケル セイタイ コウガクテキ コンピュータ オウリョク カイセキ

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抄録

本研究の目的は表面置換型人工肘関節であるKudo-type 5人工肘関節において，挿入された人工肘関節が，各肘関節角度において周囲の骨組織に与える負荷が変化するか生体工学的に調査すること，および有限要素法による応力解析によって人工肘関節の緩みが生じやすい部位をコンピュータシミュレーション計算により明らかにし，臨床に生かすことのできるための基礎的研究を確立することである．人工肘関節を設置し，1kgw（≒10N）のものを把持した状態で，肘関節角度を30°，50°，70°，90°と伸展から屈曲へ準静的に動作する場合をコンピュータ上で想定した．各角度の肢位保持に必要な筋力を設定した．上腕二頭筋を肘屈筋，上腕三頭筋，腕橈骨筋を拮抗筋とし，人工関節摺動面の関節反力を計算した．次に，その結果を用いて3次元有限要素モデルを作製し，上腕骨および尺骨骨組織の応力分布を自動解析ソフトで算出した．その結果，尺骨コンポーネントステム先端周囲骨組織に肘関節角度30°で12.3MPa，50°で10.5MPa，70°で9.9MPa，90°で9.8MPaの応力が生じ，上腕骨コンポーネントステム先端周囲骨組織に肘関節角度30°で1.50MPa，50°で0.90MPa，70°で0.68MPa，90°で0.52MPaの応力が生じた．尺骨に生じる応力が約10倍であった．Burr D.Bらの報告では骨リモデリングは20MPaから生じるとあり，この値は臨床上骨リモデリングを生じるほどの応力ではなく，臨床長期成績の結果と同様，Kudo人工肘関節の良好な成績を示す根拠となった．また，尺骨コンポーネントステムの長さや形状については，設定変更し応力計算し適切なステムの長さを示唆することができると考えられた．今後の課題として，コンポーネントの形状設定や把持する物体の重量設定を変更するなど，より様々な条件設定を行うことで，臨床における治療の指針となる研究を行う予定である．

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