Development of float-ring meniscus implant after total meniscectomy

全半月板切除术后浮环半月板植入物的研制

• 批准号: 22H03925
• 负责人: 山子 剛
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: University of Miyazaki
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03925/
• 关键词: バイオメカニクス; 半月板損傷; 半月板インプラント; インプラント; 変形性膝関節症; 半月板; 生体力学

令和4年度は，① float-ring型インプラントの荷重分散効果を実証するシミュレーション，② ブタ膝関節を用いたインプラント設置後の関節面接触面圧力の計測，③ 個体別有限要素解析によるインプラントの荷重分散効果，④ インプラントの試作および耐久性評価を実施した．具体的には以下の通りである．①膝関節のMR画像を用いた有限要素解析を実施し，歩行の最大荷重時を想定した負荷を与えた時のインプラントの荷重分散効果について評価した．内側半月板を取り除いた半月板切除モデルでは，正常関節モデルに対して関節軟骨表面に接触応力の増大すなわち応力集中が見られたものの，半月板切除後にインプラントを設置したモデルでは，応力集中は消失し最大接触応力は正常関節と同等のレベルまで低減した．②シミュレーション結果を検証する目的で，ヒトの膝関節と比較的大きさの等しい三元ブタの膝関節を用いてインプラント設置後の関節面接触圧力を計測した．その結果，シミュレーションと同様の接触圧力分布を示すと共に荷重分散効果を実証した．③ヒト膝関節は個々にそのサイズや形状が異なることから，OpenKnee Projectにてフリー公開されている４名のMR画像を用いて個体別の有限要素解析を実施した．その結果，4個体ともにインプラント設置による荷重分散効果を得ることができた．しかし，その効果は個体別に異なる傾向が見られたことから，個体別にインプラントのサイズや形状を変更する必要性が認められた．④射出成形によってインプラントを試作した．試作品をマイクロCT撮影し，寸法精度，内部ボイドや異物混入がないことを確認した．さらに，準静的圧縮試験による剛性評価，繰り返し圧縮疲労試験を行い，試作品は目的とした力学特性および耐久性を有し且つバラツキも少ないことを明らかにした．

2020年度，我们将进行（1）模拟以验证浮环式植入物的负载分散效果，（2）使用猪膝关节测量植入物安装后的关节表面接触压力，以及（3）植入物的评估使用单独的有限元分析载荷， ④ 进行原型种植体生产和耐久性评估。具体而言，详细如下。 ① 利用膝关节的 MR 图像进行有限元分析，评估假设步行时施加最大负荷时植入物的负荷分布效果。在去除内侧半月板的半月板切除模型中，与正常关节模型相比，在关节软骨表面观察到接触应力或应力集中增加，但在半月板切除后放置植入物的模型中，应力集中消失，最大接触应力降低至与正常接头相当的水平。 ②为了验证模拟结果，我们使用与人膝关节尺寸相对相同的三元猪膝关节测量了种植体植入后的关节面接触压力。结果显示与模拟相同的接触压力分布，并证明了载荷分散效应。 ③由于人类膝关节的大小和形状各不相同，我们使用 OpenKnee 项目中免费提供的四人的 MR 图像进行了单独的有限元分析。结果，我们能够在所有四个个体中获得由于种植体植入而产生的负载分散效果。然而，由于效果往往因人而异，因此认识到有必要针对每个人改变植入物的尺寸和形状。 ④植入物通过注射成型制成原型。拍摄原型的显微 CT 图像以确认尺寸精度以及不存在内部空隙或异物。此外，我们使用准静态压缩测试和重复压缩疲劳测试进行了刚度评估，结果表明原型具有所需的机械性能和耐用性，变化很小。

项目成果

半月板インプラントを設置したブタ膝関節面の接触圧力計測

安装半月板植入物的猪膝关节表面的接触压力测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 佐藤 和，イスル ウダヤンガ，帖佐 悦男，山子 剛;内海 光稀，山子 剛
• 通讯作者: 内海 光稀，山子 剛

半月板切除後におけるフロートリングの圧力分散効果

半月板切除术后浮环的压力分散效果

• 发表时间: 2023
• 作者: 佐藤 和，イスル ウダヤンガ，帖佐 悦男，山子 剛