Thermal analysis of a miniature magnetic fluid seal installed in an implantable rotary pump
Yoshinori Mitamura, Ikuya Nishimura, Tetsuya Yano
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 548, 168977, 168977, Elsevier BV, 2022年04月
研究論文（学術雑誌）

Shear stress evaluation on blood cells using computational fluid dynamics
Ayumi Mitoh, Yuto Suebe, Tadashi Kashima, Etaro Koyabu, Eiji Sobu, Eiji Okamoto, Yoshinori Mitamura, Ikuya Nishimura
Bio-Medical Materials and Engineering, 31, 3, 169, 178, IOS Press, 2020年07月09日
研究論文（学術雑誌）

人工心臓ハウジング内部の可視化及び形状評価に関する研究
池田 季生, 見藤 歩, 小薮 栄太郎, 蘇武 栄治, 西村 生哉, 三田村 好矩, 岡本 英治
精密工学会学術講演会講演論文集, 2016, 883, 884, 公益社団法人 精密工学会, 2016年
日本語, 心臓移植のドナー不足が深刻化する中，解決策として期待され，研究されているものの一つに人工心臓があるが，長期の使用には様々な問題がある．その中でも流体工学的観点から解決可能である問題として血栓症が存在する．本研究では人工心臓血液室の内部の流れを，高速度カメラを用いたPIV法により可視化し，動画データの流動解析，及び流速データからせん断速度を求め，人工心臓内の血栓形成リスクの評価を行った．

Three-dimensional shape optimization of a cemented hip stem and experimental validations
Masaru Higa, Hiromasa Tanino, Ikuya Nishimura, Yoshinori Mitamura, Takeo Matsuno, Hiroshi Ito
JOURNAL OF ARTIFICIAL ORGANS, 18, 1, 79, 85, SPRINGER JAPAN KK, 2015年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, This study proposes novel optimized stem geometry with low stress values in the cement using a finite element (FE) analysis combined with an optimization procedure and experimental measurements of cement stress in vitro. We first optimized an existing stem geometry using a three-dimensional FE analysis combined with a shape optimization technique. One of the most important factors in the cemented stem design is to reduce stress in the cement. Hence, in the optimization study, we minimized the largest tensile principal stress in the cement mantle under a physiological loading condition by changing the stem geometry. As the next step, the optimized stem and the existing stem were manufactured to validate the usefulness of the numerical models and the results of the optimization in vitro. In the experimental study, strain gauges were embedded in the cement mantle to measure the strain in the cement mantle adjacent to the stems. The overall trend of the experimental study was in good agreement with the results of the numerical study, and we were able to reduce the largest stress by more than 50 % in both shape optimization and strain gauge measurements. Thus, we could validate the usefulness of the numerical models and the results of the optimization using the experimental models. The optimization employed in this study is a useful approach for developing new stem designs.

G0200101 数値流体解析による脳動脈の壁面せん断応力評価
見藤 歩, 小薮 栄太郎, 蘇武 栄治, 加島 正, 池田 慎一, 西村 生哉, 三田村 好矩, 岡本 英治
年次大会, 2015, 0, _G0200101, -_G0200101-, 一般社団法人 日本機械学会, 2015年
日本語, CFD is an important tool to shed light on cerebral aneurysm. Vascular wall shear stress play an important role in the initiated and developed cerebral aneurysm. In this study, fluid dynamics were analyzed throughout cerebral artery using 3D-CAD technology and CFD software. High wall shear stress was occurred in the area connected communicating artery to cerebral artery. This area was in accordance with clinical information.

ジャイロ遠心ポンプにおけるインペラ浮揚現象の解析
Ikuya Nishimura, S. Ichikawa, M. Mikami, H. Ishitoya, T. Motomura, M. Kawamura, J. Linneweber, J. Glueck, T. Shinohara, Y. Nose
BIO-MEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING, 23, 1-2, 49, 55, IOS PRESS, 2013年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The Gyro centrifugal pump developed as a totally implantable artificial heart was designed with a free impeller, in which the rotational shaft (male bearing) of the impeller was completely separated from the female bearing. For this type of pump, it is very important to keep the proper magnet balance (impeller-magnet and actuator-magnet) in order to prevent thrombus formation and/or bearing wear. When the magnet balance is not proper, the impeller is jerked down into the bottom bearing. On the other hand, if magnet balance is proper, the impeller lifted off the bottom of the pump housing within a certain range of pumping conditions. In this study, this floating phenomenon was investigated in detail. The floating phenomenon was proved by observation of the impeller behavior using a transparent acrylic pump. The impeller floating phenomenon was mapped on a pump performance curve. The impeller floating phenomenon is affected by the magnet-magnet coupling distance and rotational speed of the impeller. In order to keep the proper magnet balance and to maintain the impeller floating phenomenon at the driving condition of right and left pump, the magnet-magnet coupling distance was altered by a spacer which was installed between the pump and actuator. It became clear that the same pump could handle different conditions (right and left ventricular assist), by just changing the thickness of the spacer. When magnet balance is proper, the floating impeller phenomenon occurs automatically in response to the impeller rev. It is called "the dynamic RPM suspension".

遺伝的アルゴリズムを用いたセメント人工股関節ステム形状の多目的最適化
Toshimasa Ishida, Ikuya Nishimura, Hiromasa Tanino, Masaru Higa, Hiroshi Ito, Yoshinori Mitamura
人工臓器, 35, 4, 404, 410, WILEY-BLACKWELL, 2011年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, There are many designs of the femoral stem of a cemented total hip arthroplasty, and mechanical failure of the stem is caused by several factors related to the cement, such as failure of the cement. Optimization of the shape of the stem, especially multiobjective optimization, is required to solve these design problems because a cement fracture is caused by multiple factors. The objective of this study was to determine a stem geometry considering multiple factors at the same time. A three-dimensional finite element model of the proximal femur was developed from a composite femur. A total of four objective functions-two objective functions, the largest maximum principal stress of proximal and distal sections in the cement mantle, for each of the two boundary conditions, walking and stair climbing-were used. The neighborhood cultivation genetic algorithm was introduced to minimize these objective functions. The results showed that the geometry that leads to a decrease in the proximal cement stress and the geometry that leads to a decrease in the distal cement stress were not the same. However, the results of the walking and the stair climbing conditions matched. Five dominant stem designs were considered to be the Pareto solution, and one design was identified as the "better design" for all objective functions. It was shown that multiobjective optimization using a genetic algorithm may be used for optimizing the shape of the femoral stem in order to avoid cement fracture.

軸流血液ポンプ用磁性流体シール：液中長期成績におけるシール構造の効果
Yoshinori Mitamura, Sayaka Takahashi, Shuichi Amari, Eiji Okamoto, Shun Murabayashi, Ikuya Nishimura
人工臓器, 14, 1, 23, 30, SPRINGER TOKYO, 2011年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, A magnetic fluid (MF) seal enables mechanical contact-free rotation of the shaft and hence has excellent durability. The performance of an MF seal, however, has been reported to decrease in liquids. We developed an MF seal that has a "shield" mechanism, and a new MF with a higher magnetization of 47.9 kA/m. The sealing performance of the MF seal installed in a rotary blood pump was studied. Three types of MF seals were used. Seal A was a conventional seal without a shield. Seal B had the same structure as that of Seal A, but the seal was installed at 1 mm below liquid level. Seal C was a seal with a shield and the MF was set at 1 mm below liquid level. Seal A failed after 6 and 11 days. Seal B showed better results (20 and 73 days). Seal C showed long-term durability (217 and 275 days). The reason for different results in different seal structures was considered to be different flow conditions near the magnetic fluid. Fluid dynamics near the MF in the pump were analyzed using computational fluid dynamics (CFD) software. We have developed an MF seal with a shield that works in liquid for > 275 days. The MF seal is promising as a shaft seal for rotary blood pumps.

軸流血液ポンプ用磁性流体シールの長期成績評価
Yoshinori Mitamura, Sayaka Takahashi, Shuichi Amari, Eiji Okamoto, Shun Murabayashi, Ikuya Nishimura
12TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MAGNETIC FLUIDS ICMF12, 9, 229, 233, ELSEVIER SCIENCE BV, 2010年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, A magnetic fluid (MF) seal enables mechanical contact-free rotation of the shaft and hence has excellent durability. The mechanism and a new MF with a higher magnetization of 47.9 kA/m. The sealing performance of the MF seal installed in a rotary blood pump was studied. The seal was perfect against a pressure of 150 mmHg in a continuous flow of 4.0 L/min for 275 days and against a pressure of 175 mmHg in a continuous flow of 3.9 L/min for 217 days. We have developed a MF seal that works in liquid against pressure mostly used clinically. The magnetic fluid seal is promising as a shaft seal for rotary blood pumps. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd

軸流ポンプ用磁性流体シールの特性評価
Yoshinori Mitamura, Sayaka Takahashi, Kentaro Kano, Eiji Okamoto, Shun Murabayashi, Ikuya Nishimura, Taka-aki Higuchi
人工臓器, 33, 9, 770, 773, WILEY-BLACKWELL PUBLISHING, INC, 2009年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, A magnetic fluid (MF) for a rotary blood pump seal enables mechanical contact-free rotation of the shaft and, hence, has excellent durability. The performance of a MF seal, however, has been reported to decrease in liquids. We have developed a MF seal that has a "shield" mechanism and a new MF with a higher magnetization of 47.9 kA/m. The sealing performance of the MF seal installed in a rotary blood pump was studied. Under the condition of continuous flow, the MF seal remained in perfect condition against a pressure of 298 mm Hg (pump flow rate: 3.96 L/min). The seal was also perfect against a pressure of 170 mm Hg in a continuous flow of 3.9 L/min for 275 days. We have developed a MF seal that works in liquid against clinically used pressures. The MF seal is promising as a shaft seal for rotary blood pumps.

Development of hybrid total hip arthroplasty　　　　　　　　　　　　　　　
Hiroshi Ito, Takeo Matsuno, Hiromasa Tanino, Yasuhiro Yamanaka, Tatsuya Sato, Nobuyuki Oomizu, Toshiki Nakanura, Akio Minami, Ikuya Nishimura, Masara Higa
Hokkaido Journal of Orthopaedics and Traumatology, 50, 2, 190, 194, 2009年03月
日本語, 研究論文（学術雑誌）

軸流ポンプの流量推定における課題の検討
加納 健太郎, 高橋 紗佳, 甘利 修一, 西村 生哉, 村林 俊, 岡本 英治, 三田村 好矩
電気学会研究会資料. LD, リニアドライブ研究会, 2008, 66, 25, 30, 2008年11月21日
日本語

イヌ大腿骨に埋植した改良型Grit-blastインプラントの力学的・組織学的評価(外科学)
安部 玲央奈, 西村 生哉, 泉澤 康晴
The journal of veterinary medical science, 70, 11, 1191, 1198, 社団法人日本獣医学会, 2008年11月
英語, 研究論文（学術雑誌）, 人工関節は重度に損傷された関節に対し適応される.セメントレス人工関節表面にコーティングされる骨形成のためのポーラス構造は,荷重により剥離し骨固着性が減弱するとの報告がある.本研究では,表面構造一体型である従来のGrit-blastより4〜11倍の表面粗さ33.4μmの改良型Grit-blastの検討を行った.7頭の健常ビーグル犬の左大腿骨に4本の改良型Grit-blastインプラントを,対照に右大腿骨に4本のSmoothインプラントを埋植して16週まで4週毎に観察した.改良型Grit-blastは組織学的また力学的にも良好な結果を得た.インプラント表面への骨の生長は12週で76.38%,16週で74.13%と高い結果となった.破断剪断応力は実験終了時まで増加し,14.5MPaと臨床的にも許容できる結果となった.骨基質の密度は特に16週目において高く,新生骨の成熟の進行がGrit-blastの粗面構造に適合していることが示唆された.インプラント挿入部位は生体学的また力学的に十分な皮質骨を選択する必要があり,またインプラント挿入時はルーズニングを防止するため強固に固定することに注意しなければならない.今回考案した改良型Grit-blastはセメントや他のコーティングの併用が無くても比較的良好な骨固着性が得られ,加工が容易であることから人工関節の表面構造として有用であると考えられた.

遺伝アルゴリズムを応用した人工股関節ステム形状の最適設計(<特集>生体医工学シンポジウム2007)
石田 敏真, 西村 生哉, 三田村 好矩, 谷野 弘昌, 伊藤 浩, 松野 丈夫
生体医工学 : 日本エム・イー学会誌, 46, 2, 226, 231, 社団法人日本生体医工学会, 2008年04月10日
日本語, Mechanical failure of the cemented hip stem is mainly caused by several cement mantle problems such as cement fracture. Geometries of the cement mantle and the stem are important factors of failure risks. Shape optimization, especially multi-objective optimization, is required to solve these design problems, because the cement fracture is caused by multiple factors. In this study the stem design was optimized using a genetic algorithm suitable for multi-objective optimization. A three-dimensional finite element model of the proximal femur was developed. Two objective functions, the largest ...

セメントレスグリッドブラストインプラントの結合力評価
Yosuke Kozaki, Ikuya Nishimura, Yoshinori Mitamura, Shun Murabayashi, Yasuharu Izumisawa, Kouichi Kuramoto
WORLD CONGRESS ON MEDICAL PHYSICS AND BIOMEDICAL ENGINEERING 2006, VOL 14, PTS 1-6, 14, 3251, +, SPRINGER-VERLAG BERLIN, 2007年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, As a method of porous coating for cementless implant, sintering and diffusion bonding are usually used. But the bonding techniques have trouble with decreasing fatigue strength and boundary separation. In this study, we applied grit blasting for porous coating. Polygonal iron particle was sprayed on the titanium base material by compressed-air power.
Porous-processed or raw rods were inserted into femur of dogs, and removed after 4-16 weeks after implantation for evaluation of bonding strength.
In all implantation periods, porous-coated rods using grit blasting indicate relatively high bonding strength than untreated. It is assured that the grit blasting can increase the bonding strength between stem and the surrounding bone.

機械的接触部を持たない軸流血液ポンプの開発　　　　　　　　　　　　　　　
Y.MITAMURA, K.KIDO, T.YANO, D.SAKOTA, R.YOZU, E.OKAMOTO, S.MURABAYASHI, I.NISHIMURA
Biocybernetics and Biomedical Engineering, 27, 139, 146, 2007年, ［査読有り］
英語

大腿骨CT画像からの皮質骨輪郭抽出
西村 生哉, 石田 敏真, 村林 俊, 三田村 好矩, 中村 聡喜, 伊藤 浩, 松野 丈夫, 比嘉 昌, 長谷井 稔, 藏本 孝一
生体医工学 : 日本エム・イー学会誌 = Transactions of the Japanese Society for Medical and Biological Engineering : BME, 44, 1, 77, 84, 社団法人日本生体医工学会, 2006年03月10日
日本語, As the result of developments in computer technology in recent years, the calculation, simulation and analysis of the stress environment for the artificial hip prosthesis and the femur have been made possible. In order to perform an exact calculation, three-dimensional modeling with the hip prosthesis and femur is required. The modeling of a femur is done by reconstructing the femoral outline data from CT images using three-dimensional CAD. The outline extraction work is performed by the experience and subjectivity of the operator, and the reliability of the data and working efficiency is low. In this paper, algorithms that extract the femur outline from CT images automatically are proposed. A Snake-based outline extraction algorithm is used. Although this method is capable of extracting the cortical bone outline of femoral diaphysis with sufficient accuracy, there was high incorrect detection at the trochanter. The shape of the trochanter is complicated, and it is difficult to process using a simple algorithm. Therefore, we proposed a method of visually expressing the possibility that a certain pixel in an image is high or low. This method is capable of detecting portions of images with high differentiations in value (contrast changes rapidly). It can also detect outlines at the diaphysis and trochanter. The problems of this technique are that the pixels judged as possibly being a part of the outline appear in the portion that is not a true outline, and that the pixels judged as possibly being on the outline may not be continuous. When each method was used independently, neither was capable of performing a positive outline extraction. However, an outline sampling sufficiently high certainty was achieved when using the two methods simultaneously.

アダプティブｐ法を用いた人工股関節ステムの3D-CAD上での感度解析と形状最適化
H. Tanino, H. Ito, M. Higa, N. Omizu, I. Nishimura, K. Matsuda, Y. Mitamura, T. Matsuno
JOURNAL OF BIOMECHANICS, 39, 10, 1948, 1953, ELSEVIER SCI LTD, 2006年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The number of stem designs for total hip arthroplasty is increasing, and occasionally design changes have yielded unexpected clinical results. At present, we are not able to clearly identify which parameter of the stem is most important, and the optimum value of many parameters. The goals of this study were to identify which parameter is most important, to understand the effect of design change, and to find the optimum stem shape. For this purpose, we used adaptive p-method together with three-dimensional computer-aided design software program for the design sensitivity analysis (DSA) and shape optimization of the stem. The results suggested that increasing the lateral and medial width of the distal cross-section together with decreasing the medial-lateral width and the medial radius of the distal cross-section from the default value would lead to a decrease in the largest maximum principal stress of the distal cement. The medial width of middle cross-section, however, was not so simple. The result of DSA suggested that decreasing this parameter from the default value decreased the stress in the distal cement, but the optimum shape was obtained by increasing this parameter. The method used in this study will assist our engineers and surgeons in the process of modifying and optimizing the stem design. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

PERFECTA IMC stem の応力解析
石田 敏真, 八木橋 厚太, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 伊藤 浩, 松野 丈夫, 三田村 好矩, HARMAN M. K, BANKS S. A, MODGE W. A
日本臨床バイオメカニクス学会誌 = Proceedings of ... Annual Meeting of Japanese Society for Clinical Biomechanics and Related Research, 26, 0, 233, 237, 2005年10月01日
日本語

数値流体力学解析を用いた定常流血液ポンプの改良設計
矢野 哲也, 見藤 歩, 三田村 好矩, 西村 生哉, 村林 俊, 四津 良平
生体医工学 : 日本エム・イー学会誌, 43, 1, 85, 92, 社団法人日本生体医工学会, 2005年03月10日
日本語, Hemolysis is a major factor for developing successful blood pumps. A major cause of hemolysis is the mechanical stress acting on the corpuscles passing through the pump. The empirical formula, which expresses the relationship of the shear stress, exposure time, and hemoglobin release serves as a basic model for the estimation of blood damage. We have conducted computational fluid dynamics (CFD) -based assessment for the hemolysis within the blood pump using one of the above mathematical models. Assuming that the red blood cells pass along the streamlines, a blood damage index was calculated...

ポスト形態および材料が歯質に及ぼす影響 : 3次元有限要素法による内部応力の検討
谷野 之紀, 比嘉 昌, 西村 生哉, 石田 敏真, 大畑 昇, 三田村 好矩
日本臨床バイオメカニクス学会誌 = Proceedings of ... Annual Meeting of Japanese Society for Clinical Biomechanics and Related Research, 25, 0, 223, 228, 2004年11月01日
日本語

人工股関節置換後の大腿部痛発生メカニズムに関する研究(G02-4 人工関節,G02 バイオエンジニアリング部門)
西村 生哉, 清水 亮太, 中村 聡喜, 松野 丈夫, 三田村 好矩
年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2004, 5, 129, 130, 一般社団法人日本機械学会, 2004年09月04日
日本語, A high prevalence of thigh pain has been reported after cementless total hip arthroplasty (cementless THA). But it is still unknown about the in-depth mechanism. Therefore in order to investigate the relevance between the occurrence of thigh pain and the stress in femur after cementless THA, the experiments on animals were carried put. The animalexperiments revealed that reaming volume of the medullary cavity have an effect on the occurrence of thigh pain.

人工股関節におけるインプラントの形状・設置角の関係に関する基礎的研究
八木橋 厚太, 三田村 好矩, 西村 生哉, 石田 敏真, 伊藤 浩, 谷野 弘昌, 中村 聡喜, 松野 丈夫
電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス, 104, 129, 21, 23, 一般社団法人電子情報通信学会, 2004年06月11日
日本語, THA(total hip arthroplasty)においてステム部分とカップ部分におけるprosthetic impingementは、インプラントの設置角と形状の変化により違いを生じることがわかっている。本研究ではそれらの変化がどの程度可動域(ROM range of motion)に影響を及ぼすのかをコンピューター上で測定し、それぞれの因子に対し検討することを目的とした。測定は、impingementが起こる角度を屈曲・進展・内転の3方向でインプラントの設置角・形状を変化させて全324通り行った。その結果それぞれの因子がどのように影響するかわかり、特にネック径を減少させることで可動域の増加が期待できることが示唆された。

新しい表面構造を有する人工インプラントの犬の骨に対する固着性(短報)(外科学)
瀬野 貴弘, 泉澤 康晴, 西村 生哉, 前原 誠也, 久代 季子, ウマル モハメドアハメド, 若生 晋輔, 山下 和人, 小谷 忠生
The journal of veterinary medical science, 66, 3, 315, 318, 社団法人日本獣医学会, 2004年03月
英語, 研究論文（学術雑誌）, 表面をねじ切り加工しレーザーで小孔を形成したスクリュー+レーザー(SL)カラムと,従来のビーズコーティング(BC)を行ったカラムを犬の大腿骨骨幹部に埋植し,骨固着性を比較した.その結果SLカラムの破断剪断強度はBCカラムとほぼ同値を示し,12週後の骨-カラム接触率は有意に高値を示した.SL表面は,従来のBC表面とほぼ同等の骨固着を有し,表面構造の剥離の恐れが無いことから,人工関節の多孔性表面として有用であると考える.

Multicriteria design optimization for an artificial hip prosthesis
Ishida Toshimasa, Ito Hiroshi, Nishimura Ikuya, Matsuno Takeo, Tanino Hiromasa, Mitamura Yoshinori
Advances in Bioengineering, BED, 301, 302, American Society of Mechanical Engineers (ASME), 2004年
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, A multiobjective optimization was executed to solve several failure problems of the cemented hip stem. The objective functions are several types of stresses in the cement mantle: largest maximum principal stress (PRINCIPAL), stem/cement interface shear stress (S/C shear), bone/cement interface shear stress (B/C shear), tensile stress at proximallateral section (TENSILE). Pareto maps were made in order to show the relationship between the objective functions. In the results, each objective function was reduced 44-62%. Trade-off appeared between PRINCIPAL and TENSILE. Copyright © 2004 by ASME.

Evaluation of floating impeller phenomena in a Gyro centrifugal pump
Nishimura, I, S Ichikawa, M Mikami, H Ishitoya, T Motomura, A Kawamura, J Linneweber, J Glueck, T Shinohara, Y Nose, Nishimura, I
ASAIO JOURNAL, 49, 6, 744, 747, LIPPINCOTT WILLIAMS & WILKINS, 2003年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The Gyro centrifugal pump, developed as a totally implantable artificial heart, was designed with a free impeller in which the rotational shaft (male bearing) of the impeller was completely separated from the female bearing. For this type of pump, it is very important to keep the proper magnet balance (impeller-magnet and actuator-magnet balance) to prevent thrombus formation or bearing wear. When the magnet balance is not proper, the impeller is jerked down into the bottom bearing. On the other hand, if magnet balance is proper, the impeller is lifted off the bottom of the pump housing within a certain range of pumping conditions. In this study, this floating phenomenon was investigated in detail. The floating phenomenon was proven by observation of the impeller behavior by means of a transparent acrylic pump. The impeller floating phenomenon was mapped on a pump performance curve. The impeller floating phenomenon is affected by the magnet-magnet coupling distance and the rotational speed of the impeller. To keep the proper magnet balance and to maintain the impeller floating phenomenon at the driving conditions of right and left pumps, the magnet-magnet coupling distance was altered by a spacer that was installed between the pump and actuator. It became clear that the same pump could handle different conditions (right and left ventricular assist) by changing the thickness of the spacer. When magnet balance is proper, the floating impeller phenomenon occurs automatically in response to the impeller revolution. This is called "the dynamic revolutions per minute suspension."

Development of a magnetic fluid shaft seal for an axial-flow blood pump
K Sekine, Y Mitamura, S Murabayashi, Nishimura, I, R Yozu, DW Kim
ARTIFICIAL ORGANS, 27, 10, 892, 896, BLACKWELL PUBLISHING INC, 2003年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, A rotating impeller in a rotary blood pump requires a supporting system in blood, such as a pivot bearing or magnetic suspension. To solve potential problems such as abrasive wear and complexity of a supporting system, a magnetic fluid seal was developed for use in an axial-flow blood pump. Sealing pressures at motor speeds of up to 8,000 rpm were measured with the seal immersed in water or bovine blood. The sealing pressure was about 200 mm Hg in water and blood. The calculated theoretical sealing pressure was about 230 mm Hg. The seal remained perfect for 743 days in a static condition and for 180+ days (ongoing test) at a motor speed of 7,000 rpm. Results of measurement of cell growth activity indicated that the magnetic fluid has no negative cytological effects. The specially designed magnetic fluid shaft seal is useful for an axial-flow blood pump.

人工股関節ステム形状の最適設計
比嘉 昌, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 伊藤 浩, 松野 丈夫, 三田村 好矩
日本機械学会論文集. A編 = Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. A, 69, 679, 689, 694, 一般社団法人日本機械学会, 2003年03月25日
日本語, When cemented hip replacement implants are developed using a finite element method (FEM), the validation of the inplants comparing with experimental tests and clinical survival data should be required. As the first step, the optimum shape of the femoral component of total hip arthroplasty (THA) was designed to minimize the stress peak in the cement mantle that is the primal cause for fixation failure. In the next step, the strain in the cement mantle surrounding the cemented femoral components of THA was measured using strain gauges embedded within the cement mantle adjacent to the developed femoral stem to validate the optimization results of FEM. As a result of this study, optimum shape of femoral component was developed and the FEM results were validated by strain gauge experiments.

インプラント表面に対する水酸アパタイト薄膜スパッタリングによる骨固着効果(短報)
瀬野 貴弘, 泉澤 康晴, 西村 生哉, 前原 誠也, 横山 季子, 山下 和人, 小谷 忠生
The journal of veterinary medical science, 65, 3, 419, 422, 社団法人日本獣医学会, 2003年03月
英語, 研究論文（学術雑誌）, アーク蒸着法で表面を多孔質処理したチタニウム(Ti-6Al-4V)の円筒に,スパッタリング法を用いて膜厚5μmのハイドロキシアバタイト(HA)をコーティングした.これらの円筒とHAをコーティングしていない円筒をイヌの大腿骨骨幹部に埋植し,骨固着性を比較した,その結果,HAコーティング円筒の固着性の方が強い傾向があった.インプラント表面の多孔質処理およびHAスパッタリング法は,良好な骨の内方成長(bone-ingrowth)をもたらしうると推察された.

Shape optimization of an artificial hip prosthesis with 3D-FEM
Toshimasa Ishida, Ikuya Nishimura, Masaru Higa, Hiromasa Tanino, Hiroshi Ito, Takeo Mtasuno, Yoshinori Mitamura
American Society of Mechanical Engineers, Bioengineering Division (Publication) BED, 55, 207, 208, American Society of Mechanical Engineers (ASME), 2003年, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, A multiobjective optimization was used to solve several failure problems of cemented total hip arthroplasty. The objective functions were three
the principal stress in the bone cement, the shear stress of stem/cement interface and cement/bone interface. In the results, the cement stress was reduced by 49%, the stem-cement stress was reduced by 68%, and the cement-bone stress was reduced by 43%, compared with the basic model.

Flow visualization study to investigate the secondary flow behind the impeller in the gyro centrifugal pump
S Ichikawa, K Nonaka, J Linneweber, S Kawahito, T Motomura, H Ishitoya, M Mikami, Nishimura, I, J Glueck, T Shinohara, Y Nose
ARTIFICIAL ORGANS, 26, 12, 1050, 1052, BLACKWELL PUBLISHING INC, 2002年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The Gyro permanently implantable pump consists of a sealless pump housing and an impeller supported with a double pivot bearing. The secondary vanes are attached to increase the secondary flow to avoid thrombus formation behind the impeller. Flow visualization studies using an oil film method were performed on three types of impellers: no secondary vanes, 0.5 mm height secondary vanes, and 1.0 mm height secondary vanes. Comparison studies of these impellers were performed on the surfaces of the impeller bottom and bottom housing. Regarding the surface of the impeller bottom, the impeller with no secondary vanes had the least stagnant areas around the shaft. On the other hand, the impeller having 1.0 mm height secondary vanes had the most distinguished flow lines on the bottom housing. Overall, the impeller secondary vanes with a height of 0.5 mm (current design) seemed to create the most effective secondary flow.

人工股関節ステム形状の骨セメント内応力への影響
比嘉 昌, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 伊藤 浩, 石田 敏真, 松野 丈夫, 三田村 好矩
日本臨床バイオメカニクス学会誌 = Proceedings of ... Annual Meeting of Japanese Society for Clinical Biomechanics and Related Research, 23, 0, 167, 172, 2002年11月01日
日本語

Titania gel reduces thrombin generation
H Ishitoya, M Kawamura, J Linneweber, T Motomura, S Ichikawa, Nishimura, I, J Glueck, T Shinohara, Y Nose
ARTIFICIAL ORGANS, 26, 11, 959, 963, BLACKWELL PUBLISHING INC, 2002年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Titanium alloy (Ti) commonly is used for long-term blood pumps as a conventional blood contacting material. Thrombus formation in the pump, however, is still a critical problem. Once thrombin is generated on the Ti surface, it activates platelets and the coagulation cascade, leading to thrombus formation. It would be expected that an inhibition of thrombin generation on a blood-contacting surface would prevent thrombus formation. In this study, the titania gel (Ti-gel) on the surface of Ti was formed with chemical modification. The surface structure and its effects on the coagulation cascade were evaluated. Scanning electron microscopic study revealed numerous cracks on the dried surface of Ti-gel, indicating a water-enriched layer. Blood coagulation on the Ti-gel was less than that on the Ti. Generated thrombin on the Ti-gel was less than that on the Ti in both the extrinsic and intrinsic pathways. There was no statistical difference of thrombin degradation. These results suggest that coagulation cascade on the Ti surface was inhibited by the Ti-gel formation. The Ti-gel may have better antithrombogenic characteristics for blood pumps because of its antiblood-coagulation effects.

Shape opimization of femoral components of an artificial hip prosthesis using the three-dimensional p-version finite element study and the in vitro measurement of strain in the bone cement　　　　　　　　　　　　　　　
Masaru Higa, Ikuya Nishimura, Kazuhiro Matsuda, Hiromasa Tanino, Yoshinori Mitamura
ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings, 339, 340, American Society of Mechanical Engineers (ASME), 2002年
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）

Shape opimization of femoral components of an artificial hip prosthesis using the three-dimensional P-version finite element method　　　　　　　　　　　　　　　
Masaru Higa, Ikuya Nishimura, Hiromasa Tanino, Yoshinori Mitamura
American Society of Mechanical Engineers, Bioengineering Division (Publication) BED, 51, 25, 26, 2001年
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, The three-dimensional shape optimization of cemented total hip arthroplasty (THA) was introduced in this paper. The P-version Finite Element Method (FEM) combined with an optimization procedure was used to minimize the peak stress in the bone cement near the tip of the implant. Six-design variables were used in this study. Each variable represents the dimension of the medial-lateral width and anterior-posterior width of the three levels (proximal, distal and middle) of cross sectional area of the prosthesis. The results of the design optimization showed considerable reduction in stress concentration compared to the initial design that is currently used clinically.

The sphericity of the bearing surface in total hip arthroplasty
Hiroshi Ito, Akio Minami, Takeo Matsuno, Hiromasa Tanino, Toshio Yuhta, Ikuya Nishimura
Journal of Arthroplasty, 16, 8, 1024, 1029, Churchill Livingstone Inc., 2001年, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, This study evaluated the sphericity of bearing surfaces in total hip arthroplasty. The out-of-roundness of metal femoral heads, the inner surface of polyethylene liners, and commercially available ball bearings was measured. The hip prostheses were obtained directly from the manufacturers. The sphericity of the bearing surfaces was significantly inferior to that of the ball bearings. The sphericity of the femoral head on the sagittal plane was inferior to that on the transverse plane. Several significant differences were found among different manufacturers. The sphericity of the femoral head on the sagittal plane and that of polyethylene significantly improved in 1999 and 2000 compared with those in 1995, Further improvement is desirable, however, because good sphericity is expected to prolong the functional performance of the prosthesis after total hip arthroplasty.

Reduction of polyethylene wear by concave dimples on the frictional surface in artificial hip joints
H Ito, K Kaneda, T Yuhta, Nishimura, I, K Yasuda, T Matsuno
JOURNAL OF ARTHROPLASTY, 15, 3, 332, 338, CHURCHILL LIVINGSTONE INC MEDICAL PUBLISHERS, 2000年04月
英語, 研究論文（学術雑誌）, For the purpose of reduction of polyethylene wear generated in artificial hip joints, concave dimples were formed on the surface of the metal femoral head by electrical discharge etching with the constant diameter of 0.5 mm. pitch of 1.2 inm, and depth of 0.1 mm. Using a hip joint simulator the total amount of polyetylene wear was 7.2 mg in the concave-patterned condition and 23.1 mg in the nonpatterned condition. The reasons for the reduction of polyethylene wear by the concave pattern may be i) a reduction of abrasive wear by providing escape dimples for wear particles and ii) an improvement in the lubricity on the frictional surface by Lire supply of lubricant that is stored in dimples.

大腿骨CT画像からの骨アウトライン抽出　　　　　　　　　　　　　　　
I. Nishimura, T. Ishida, S. Murabayashi, Y. Mitamura, T. Nakamura, H. Ito, T. Matsuno, M. Higa, M. Hasei, K. Kuramoto
Proceeding of World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, 14, 2441, 2444, ［査読有り］
英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）

G0200305 セメントレス人工股関節における大腿部痛の原因究明
西村 生哉, 見藤 歩, 穴口 裕子, 年次大会 : Mechanical Engineering Congress, Japan, 2015, "G0200305, 1"-"G0200305-4", 2015年09月13日
A cause of thigh pain after cementless THA is still uncertain. The final goal of this study is clear up the cause for thigh pain and the development of painless cementless stem. For that, the objective of this paper is to make the animal model of thigh pain and to establish the method of evaluating the pain. We made special pin that pushes from the inside and expands the rat bone. The rat that the pin was implanted was bred with the cage. The loadcells were arranged on four corners of the cage in order to calculate rat's dynamics parameters, namely, rat's position, stay rate, total movement distance, crosspoint and errorpoint. There is the resulting rat grimace scale score (RGS score) as an index that evaluates the pain that the rat feels. RGS score is a method of evaluating the pain from the rat's facial expression. On the other hand, the method of the proposal in this study is a method of evaluating the pain from the activity of the rat. This new index shall be designated as "the resulting rat activity scale score (RAS score)". RAS is more objective and more quantitative., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

FLEXOR ACTIVITY BY INTRAMEDULLARY PRESSURE IN RABBIT FEMORAL BONE: An experimental study on thigh pain after total hip arthroplasty
中村 聡喜, Ito Hiroshi, Atsuta Yuji, Tanino Hiromasa, Nishimura Ikuya, Matsuno Takeo, 旭川医科大学研究フォーラム, 13, 1, 32, 37, 2013年02月
雑誌掲載版Thigh pain often appears after total hip arthroplasty (THA) using a cementless femoral component. It is known that sensory nerve endings exist in the medullary cavity of the bone. The purpose of this study was to investigate, in a rabbit model, whether the pressure on the femoral bone applied from inside the medullary cavity of the femoral bone causes flexion withdrawal reflex. We loaded pressure on the inside of the medullary cavity of the femoral bone and observed whether muscle activity occurs. The pain resulting from pressure was evaluated by hind limb flexor activity produced by the flexor reflex. An integrated waveform was used to evaluate the degree of muscle activity. For the laboratory-animal models, we prepared the medullary cavity of the rabbits in two ways. In the rabbits with slight reaming, the flexor reflex appeared in low pressure. However, in rabbits with greater reaming, the flexor reflex did not appear, even under high pressure. This suggests that the pain was induced when the sensory nerve endings remained in the inside of the medullary cavity of the femoral bone and the sensory nerve endings were stimulated by the stress., 英語

北海道における人工関節置換術の現状と課題
伊藤 浩, 松野 丈夫, 谷野 弘昌, 山中 康裕, 佐藤 達也, 大水 信幸, 中村 聡喜, 三浪 明男, 西村 生哉, 比嘉 昌, 北海道整形災害外科学会雑誌, 50, 2, 190, 194, 2009年03月
著者版日本人の脱臼性および亜脱性股関節症患者73関節に対して大腿骨全長5mm間隔でCT撮影を施行し、パーソナルコン ピューター上にて皮質骨の外形、内形の輪郭を抽出した。3次元CADであるPro ENGINEER(Parametric Technology)にて大腿骨の各種計測を行った。症例の中には大腿骨頸部前捻が強く、骨髄腔がかなり狭い例が含まれており、ステムを細くストレート にし、オフセットを確保した製品が必要であることが明らかになった。3次元有限要素法によりデザインの妥当性を検討し、ステムサイズ(1〜7号)を決定し た。この製品はハイブリッド型THA4-U Hip Systemとして、ナカシマメディカルより販売されている。当科および関連病院にて、約550関節の初回THA手術が終了しているが、ほぼテンプレート を用いた術前計画通り手術が行われ、短期成績は良好である。, 日本語

1233 複数の荷重を受ける人工股関節ステム形状の最適化計算(G02-5 関節と軟骨(2),G02 バイオエンジニアリング)
石田 敏真, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 伊藤 浩, 松野 丈夫, 三田村 好矩, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2005, 5, 207, 208, 2005年09月18日
Total hip arthroplasty (THA) is mainly used for the patients, who are affected with rheumatoid arthritis, coxarthrosis, and so on. The long-term success of total hip arthroplasty depends on the chance of acrylic cement failure and interface disruption. The purpose of this study is to minimize the risks of cement failure by using optimization. A generic three-dimensional FEM model of the proximal femur containing a cemented femoral stem of a total hip arthroplasty was developed. The design parameters are defined on cross section of stem. The design objective was to minimize several principal..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

犬用人工股関節の開発(G02-4 人工関節,G02 バイオエンジニアリング部門)
比嘉 昌, 西村 生哉, 前田 冬彦, 瀬野 貴弘, 泉澤 康春, 三田村 好矩, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2004, 5, 127, 128, 2004年09月04日
Canine total hip replacement (THA) is one of the treatments of canine osteoarthritis (OA). The bone screws are used to fix acetabular cup on THA. Two screws are mainly used. However, compared to human THA, these screws were not considered enough about direction, size, and so on. The porpose of this study is to consider the possibility of three screws fixing. Finite element method was used for comparing two screws fixing and three screws. Rightly, three screws have higher fixing strength. However, these also have higher risk of bone fracture. From results, three screws and two screws are not..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

数値流体力学解析による定常流血液ポンプの溶血量推定(G02-7 血流・血液,G02 バイオエンジニアリング部門)
矢野 哲也, 見藤 歩, 関根 一光, 三田村 好矩, 西村 生哉, 村林 俊, 四津 良平, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2004, 5, 189, 190, 2004年09月04日
The successful use of a continuous flow blood pump depends on the degree of blood trauma. A major cause of blood trauma is the mechanical stress acting on the corpuscles passing through the pump, hi this study, assuming that the red blood cells passed along the streamlines, a blood damage index was calculated based on the changes in shear stress with time along streamlines starting from entrance plane of the pump. Indices of hemolysis should be estimated by analysis under the same operating conditions (i.e. flow rate and pressure head) to compare the hemolysis levels of different pumps The ..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

11.有限要素法を用いた人工股関節ステム形状の検討(平成15年度北海道支部大会抄録)
石田 敏真, 西村 生哉, 比嘉 昌, 谷野 弘昌, 伊藤 浩, 松野 丈夫, 三田村 好矩, 生体医工学 : 日本エム・イー学会誌, 42, 2, 135, 135, 2004年06月10日
社団法人日本生体医工学会, 日本語

627 血液ポンプ用磁性流体軸シールに関する検討
関根 一光, 三田村 好矩, 村林 俊, 西村 生哉, 四津 良平, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2003, 5, 95, 96, 2003年08月05日
A magnetic fluid (MF) seal was specially designed for use in an axial-flow blood pump. There are some potential problems to be solved for the use as a shaft seal for blood pumps. Experimental and theoretical sealing pressures, a long-term performance of the MF seal and biocompatibility of MF were studied. The sealing pressure was about 200mmHg in blood in the experiments. The theoretical sealing pressure was over 300mmHg with the use of high magnetization MF. The results of long-term performance tests showed that the durability of the seal was over 1 year. The results of cytotoxicity tests ..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

639 セメントレス人工股関節における大腿部痛の力学的検討
清水 亮太, 西村 生哉, 中村 聡喜, 松野 丈夫, 三田村 好矩, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2003, 7, 141, 142, 2003年08月05日
A high prevalence of thigh pain has been reported after cementless total hip arthroplasty. But it is still unknown about the in-depth mechanism. To study the relevance between the occurrence of thigh pain and the stress in femur, we made animal experiment and actually put pressure on rabbit thigh from the medullary cavity using balloon catheter. The results of the experiments are reported here., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

10.血液透析療法におけるブラッドアクセス監視システムの開発における基礎的研究(平成14年度北海道支部大会抄録)
今野 慎介, 村林 俊, 西村 生哉, 片山 茂, 三田村 好矩, 米川 元樹, 岡本 英治, 生体医工学 : 日本エム・イー学会誌, 41, 1, 63, 63, 2003年03月10日
社団法人日本生体医工学会, 日本語

632 有限要素法を用いたセメントタイプ人工股関節の最適設計
石田 敏真, 西村 生哉, 比嘉 昌, 三田村 好矩, バイオエンジニアリング講演会講演論文集, 2003, 15, 409, 410, 2003年01月20日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

An Estimation Method of Hemolysis within an Axial Flow Blood Pump by Computational Fluid Dynamics (CFD) Analysis
YANO T, SEKINE K, MITOH A, MITAMURA Y, OKAMOTO E, KIM Dw, NISHIMURA I, MURABAYASHI S, YOZU R, Artificial Organs, 27, 10, 920, 925, 2003年

313 三次元有限要素法を用いた人工股関節ステム形状の検討
石田 敏真, 西村 生哉, 比嘉 昌, 三田村 好矩, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2002, 6, 53, 54, 2002年09月20日
The long-term success of total hip arthroplasty (THA) depends on the chance of acrylic cement failure and interface disruption. This chance can be diminished by an optimal long-transfer mechanism, whereby stress concentrations are avoided. Implant design is decisive for success or failure. This paper introduces an optimum design of the hip prosthesis. A generic three-dimensional FEM model of the proximal femur containing a cemented femoral stem of a total hip arthroplasty was developed. The design objective was to minimize the largest maximum principal stress in the cement. To verify validi..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

3次元有限要素解析による人工股関節ステム形状最適設計
比嘉 昌, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 伊藤 浩, 松野 丈夫, 三田村 好矩, 精密工学会誌 = Journal of the Japan Society of Precision Engineering, 68, 7, 948, 952, 2002年07月05日
The present paper introduces an optimum design of the hip prosthesis and a method for shape optimization which minimizes the stress concentration within the cement mantle. A gradient projection method of numerical optimization and a p-version three-dimensional FEM of stress analysis were employed. A generic three-dimensional FEM model of the proximal femur containing a cemented fomoral stem of a total hip arthroplasty was developed. The three types of analysis was then performed in this study. First, stastic stress analysis measuring the stress in the bone cement was performed. The generic model was then valified parametrically by changing the each parameters individually that compose the stem geometry measureing the stress occuring within the cement mantle concurrently. As it is called design sensitivity analysis was performed. Finally, optimal stem shape was desigend using shape optimization. The design objective was to minimize the largest maximum principal stress in the cement. The results of shape optimization showed considerable reduction in stress concentration within the cement mantle compared to the starting design that were used. Moreover, the optimal stem shape obtained in this study showed unique geometry differ from the standard trend that has been believed to be better. The results of this study has shown to be attractive for evaluating stem design and develop the optimal new stem shape., 公益社団法人精密工学会, 日本語

デジタル画像による歯の色彩計測
佐藤 俊介, 三田村 好矩, 平山 泰志, 勇田 敏夫, 西村 生哉, 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス, 102, 137, 9, 12, 2002年06月14日
デジタル画像を用いた歯色の客観的な測定法の開発を目的とした基礎的研究を行った。被験者、シェードガイドおよび参照用色見本を、標準白色光(D65)および蛍光灯下でデジタルカメラを用いて撮影した。また歯科医による被験者の歯の色の診断、歯科用色彩計によるシェードガイドの色の測定を行った。撮影された画像から対象のRGB値を測定し、マンセル表色系とCIEL^*a^*b^*表色系に変換したのち、歯科医による診断、歯科用色彩計による色の測定との比較を行った。さらに同一条件下で5日間反復実験を行い、再現性を評価した。その結果、本手法で歯の色を測定できる可能性が示された。, 一般社団法人電子情報通信学会, 日本語

新たなporous surfaceを有するチタン製Implantの骨固着効果(組織学的検討)
瀬野 貴弘, 泉澤 康晴, 川村 祐介, 西村 生哉, 伊藤 浩, 大水 伸幸, 山下 和人, 小谷 忠生, 獣医麻酔外科学雑誌 = Japanese journal of veterinary anesthesia & surgery, 33, 0, 150, 150, 2002年06月10日
日本語

ボーンイングロースを促進する新しいポーラス構造表面の開発に関する研究
西村 生哉, 大水 信幸, 清水 亮太, 三田村 好矩, 精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2002, 1, 646, 646, 2002年03月01日
日本語

F-0927 全人工股関節セメントタイプステム形状の最適化設計(G02-2 モデリング・最適設計)(G02 バイオエンジニアリング部門一般講演)
松田 雄弘, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 比嘉 昌, 三田村 好矩, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 0, 1, 79, 80, 2001年08月22日
Loosening of cemented femoral hip stems could be initiated by failure of the cement mantle due to high cement stress. This report describes static analysis of stress in the bone cement mantle, Design Sensitivity Analysis (DSA), and the three dimensional shape optimization of cemented femoral hip stems. This study analyzed stresses in the cement mantle, using a three-dimensional p-adaptive finite element method based on 3D CAD model. The p-methods and 3D CAD based model made an exact modeling possible. The results of the design optimization showed considerable reduction in stress concentrati..., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

人工股関節置換術 : 弛むことのない人工股関節への夢
松野 丈夫, 谷野 弘昌, 大水 信幸, 西村 生哉, 伊藤 浩, 旭川医科大学研究フォーラム, 2, 1, 30, 35, 2001年06月30日
出版社版人工股関節置換術は末期股関節症患者に対して疼痛の軽減や可動域の回復を目的として行われる.以前は術後15年で,その約半数に弛みが生じるとされていたが,工学的技術及び手術手技的技術の改良で現在では術後15年における弛み率は5%以下になっている.しかし依然として人工股関節の経年的弛みは避けることの出来ない合併症であることも事実である.人工股関節弛みの最も大きな要因と考えられているのは関節摺動面において発生するポリエチレン摩耗粉である.将来的にポリエチレン摩耗粉の発生を減少(或いは防止)させることが可能となれば,一生弛むことのない人工股関節も夢ではない, 旭川医科大学, 日本語

三次元CADモデルを用いたアダプティブP法FEMによる全人工股関節ステム形状の最適設計
松田 雄弘, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 比嘉 昌, 三田村 好矩, 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス, 101, 130, 9, 14, 2001年06月15日
全人工股関節の緩みの主な原因の一つに、骨セメント内における応力集中による骨セメントの破壊があげられる。本研究では、有限要素法(FEM)解析にアダプティブP法を用いて、骨セメント内における応力を減少させるステム形状について最適設計を行った。3次元CADにより全人工股関節のモデリングし、3次元FEMにより、静解析、DSA(Design Sensitivity Analysis)、最適化計算を行った。その結果、ステム断面形状を変えることで、骨セメント内の応力を減少させることに成功した。, 一般社団法人電子情報通信学会, 日本語

416 3 次元 CAD モデルを用いた全人工股関節ステム形状最適設計
比嘉 昌, 西村 生哉, 松田 雄弘, 谷野 弘昌, 大水 信幸, 三田村 好矩, バイオエンジニアリング講演会講演論文集, 2001, 13, 154, 155, 2001年01月15日
一般社団法人日本機械学会, 日本語

人工股関節しゅう動面の潤滑特性向上に関する研究
西村 生哉, 比嘉 昌, 勇田 敏夫, 伊藤 浩, 谷野 弘昌, 大水 信幸, 村林 俊, 三田村 好矩, 精密工学会誌 = Journal of the Japan Society of Precision Engineering, 66, 10, 1594, 1598, 2000年10月05日
New surface structure with regular patterning for the frictional surfaces of the artificial joints was designed to improve the wear problems. The lubrication properties for the cup ( ultrahigh molecular weight polyethylene, UHMWPE) vs. ball ( Co-Cr alloy) were studied to evaluate the wear and surface roughness. The surface structure is the dents pattern which has diameter of 0.5mm, pitch of 1.2mm. In this study, such surface patterns were applied to artificial hip joints, and the effects of regular patterning on the frictional surface were investigated by using a joint simulator. The amount of wear of the cup that was in contact with the patterned head was only half that of the cup that was in contact with the non-patterned head, and the surface roughness of the cup with a non-patterned head was three-times greater than that of the cup with a patterned head. These results demonstrates that the lubrication properties can be improved by patterning of the frictional surface of the artificial joint. Consequently, the life of the artificial joint can be extended by the patterning on the frictional surfaces., 公益社団法人精密工学会, 日本語

コンピュータシミュレーションによるBone ingrowth能の解析
青木 良太, 西村 生哉, 三田村 好矩, 精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2000, 2, 225, 225, 2000年09月01日
日本語

人工股関節摺動面の真球度(第2報)
伊藤 浩, 大浦 久典, 松野 丈夫, 谷野 弘昌, 大水 信幸, 勇田 敏男, 西村 生哉, 日本整形外科學會雜誌, 74, 8, S1661, 2000年08月25日
日本語

p法有限要素解析による人工股関節ステムのデザイン感度解析
比嘉 昌, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 大水 信幸, 松田 雄弘, 伊藤 浩, 松野 丈夫, 三田村 好矩, 日本整形外科學會雜誌, 74, 8, S1783, 2000年08月25日
日本語

セメントステム近位内側形状の応力環境への影響
大水 信幸, 伊藤 浩, 谷野 弘昌, 西村 生哉, 比嘉 昌, 松田 雄弘, 三田村 好矩, 松野 丈夫, 日本整形外科學會雜誌, 74, 8, S1784, 2000年08月25日
日本語

231 アダプティブ p 法による人工股関節ステム形状最適化
比嘉 昌, 西村 生哉, 谷野 弘昌, 三田村 好矩, 年次大会講演論文集 : JSME annual meeting, 2000, 2, 61, 62, 2000年07月31日
Fatigue failure of the acrylic cement and resulting disruption of the bone-cement interface can limit the long-term clinical success of the cemented artificial hip joint. In order to overcome this problem optimal shape design prosthesis is required. This study describe a result of the design shape analysis (DSA) and the numerical shape optimization whereby the finite element method is used to determine optimal shape for the femoral stem of hip prosthesis in order to minimize the maximal value of the 1^<st> principal stress at the cement mantle., 一般社団法人日本機械学会, 日本語

臼蓋形成不全に対する骨移植と金属置換の応力解析
谷野 弘昌, 伊藤 浩, 大浦 久典, 西村 生哉, 比嘉 昌, 三田村 好矩, 勇田 敏夫, 松野 丈夫, 日本整形外科學會雜誌 = The Journal of the Japanese Orthopaedic Association, 73, 8, S1699, 1999年08月25日
日本語

人工股関節摺動画の真球度と凹凸パターン形成
伊藤 浩, 金田 清志, 松野 丈夫, 谷野 弘昌, 勇田 敏夫, 西村 生哉, 日本整形外科學會雜誌 = The Journal of the Japanese Orthopaedic Association, 73, 8, S1818, 1999年08月25日
日本語

機能性表面構造を有する人工股関節摺動面の潤滑性能向上に関する研究
西村 生哉, 勇田 敏夫, 伊藤 浩, 平山 光久, 四方 實人, 谷野 弘昌, 松野 丈夫, 生体材料, 16, 5, 254, 259, 1998年10月10日
日本語

機能的表面構造を持つ人工関節に関する研究
西村 生哉, 四方 實人, 三田村 好矩, 勇田 敏夫, 比嘉 昌, 精密工学会大会学術講演会講演論文集, 1998, 2, 393, 393, 1998年09月01日
日本語

人工関節摺動面への凹凸パターン形成
伊藤 浩, 金田 清志, 松野 丈夫, 勇田 敏夫, 西村 生哉, 日本整形外科學會雜誌 = The Journal of the Japanese Orthopaedic Association, 72, 8, S1287, 1998年08月25日
日本語

人工股関節摺動面の耐摩耗性向上のための実験的検討
四方 實人, 西村 生哉, 下岡 聡行, 勇田 敏夫, 清水 孝一, 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス, 97, 622, 9, 14, 1998年03月20日
人工股関節のlooseningの原因として, 摺動部で発生した超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)摩耗粉の影響が指摘されている.本研究では摩耗粉の発生を抑え, 寿命を延長させることを目的として, 人工股関節摺動部への凹パターンの形成および高真円度化の二つの手法について, その有効性を検討した.本研究で使用した試料は, すべて市販の人工股関節である.摺動試験には振り子方式関節シミュレータを用いた.摺動部に200kgfを負荷し, 振れ角60°として, 振動は1分間に20サイクルの速さで, 10^6回繰り返しを行った.摩耗量測定, 摺動面の顕微鏡観察及び表面粗さ測定の結果, 摺動面へのパターン付加および高真円度化が耐摩耗性の向上に有効であることが示された., 一般社団法人電子情報通信学会, 日本語

人工股関節摺動面の真球度
伊藤 浩, 松野 丈夫, 金田 清志, 勇田 敏夫, 西村 生哉, 日本整形外科學會雜誌 = The Journal of the Japanese Orthopaedic Association, 71, 8, 1785, 1785, 1997年08月25日
日本語

加速耐久試験における人工弁の壊食評価に関する研究
李 桓成, 西村 生哉, 下岡 聡行, 勇田 敏夫, 精密工学会大会学術講演会講演論文集, 1997, 1, 1289, 1290, 1997年03月01日
日本語

キャビテーションによる人工弁の壊食に関する研究
李 恒成, 西村 生哉, 下岡 聡行, 勇田 敏夫, 精密工学会大会学術講演会講演論文集, 1996, 2, 239, 240, 1996年09月01日
日本語

反応性スパッタ蒸着法による生体用金属材料の表面改質に関する基礎的研究(第1報)
藤丸 真南海, 勇田 敏夫, 西村 生哉, 精密工学会大会学術講演会講演論文集, 1996, 1, 343, 344, 1996年03月01日
日本語

機能性表面構造を有する人工関節に関する基礎的研究
西村 生哉, 勇田 敏夫, 伊藤 浩, 岸本 隆史, 後藤 龍治, 松野 丈夫, 金田 清志, 生体材料, 13, 6, 266, 271, 1995年12月01日
日本語

生体活性無機材料被膜による埋込み用医用高分子の表面改質
西村 生哉, 勇田 敏夫, 松原 良洋, 精密工学会誌, 61, 4, 576, 580, 1995年04月05日
Experimental study was carried out on the properties of hydroxyapatite(HAp) films that was deposited by RF-sputtering on the polymer(silicone rubber, PET). During sputtering, the polymer were cooled by especially manufactured water-cooled unit. Though the adhesion strength between the HAp film and PET is not strong, that between the HAp film and silicone rubber is quite strong nearly equal to the fracture strength of silicone rubber. Although every HAp film has amorphous structure, it is possible to crystallize by soaking the films in the Hanks' solution. These results arc useful to develop..., 公益社団法人精密工学会, 日本語

BLOOD COMPATIBILITY OF SPUTTER-DEPOSITED ALUMINA FILMS
T YUHTA, Y KIKUTA, Y MITAMURA, K NAKAGANE, S MURABAYASHI, NISHIMURA, I, JOURNAL OF BIOMEDICAL MATERIALS RESEARCH, 28, 2, 217, 224, 1994年02月
The surface modification of metals by the application of blood compatible ceramics is one approach to developing durable and blood-compatible materials. The blood compatibility of sputter-deposited alumina films was investigated in vitro. The alumina films were prepared by reactive sputtering and conventional sputtering. Diffractometer studies of the alumina films indicate that the sputter-deposited alumina films have amorphous structures. Electron spectroscopy chemical analysis studies of the alumina films indicate that the sputter-deposited alumina films are nonstoichiometric (O/Al ratio of 1.15-1.66). We examined the platelet reaction to the alumina films and the intrinsic coagulation factor XII activation by the alumina films. Medical grade segmented polyurethane was also tested. The alumina films experienced an adhesion of about 50% fewer platelets than the segmented polyurethane. Also, fewer platelet morphologic changes were observed on the alumina films than on the segmented polyurethane. Factor XII activation was less on the alumina films than on the segmented polyurethane. Surface modification by the sputter-deposited alumina films is promising for developing blood-compatible and durable materials. (C) 1994 John Wiley and Sons, Inc., JOHN WILEY & SONS INC, 英語

反応性スパッタリングで蒸着したアルミナ薄膜の抗血栓性に関する基礎的研究--蒸着時における酸素分圧の影響
菊田 幸明, 中兼 雅之, 西村 生哉, 見藤 歩, 村林 俊, 勇田 敏夫, 北海道大学工学部研究報告, 161, p55, 62, 1992年10月
北海道大学 = Hokkaido University, 日本語

摺動面の表面構造による潤滑特性に関する研究
西村 生哉, 勇田 敏夫, 斉藤 剛, 北海道大学工学部研究報告, 158, p87, 94, 1992年01月
北海道大学 = Hokkaido University, 日本語

反応性スパッタ蒸着による窒化チタン膜特性の窒素ガス分圧依存性
西村 生哉, 勇田 敏夫, 斎藤 剛, 表面技術, 43, 6, 584, 588, 1992年
This paper presents the mechanical characteristics and structures of titanium nitride (TiN) films formed by reactive sputter deposition. TiN films formed at N2 partial pressures below 2.0×10-3Pa are almost pure titanium and have a fibrous structure. It is thought that nitrogen collects in the dislocations. Films formed at N2 partial pressure of 2.0×10-3Pa were hardest and had the lowest coefficients of friction. They had a double structures, with a fine-grain structure above a columnular structure and it is thought that hardness was due to the existence of the fine-grain structure. Films fo..., 一般社団法人 表面技術協会, 日本語

改訂 臨床工学技士のための機械工学　　　　　　　　　　　　　　　
西村生哉
2022年09月

臨床工学技士のための生体計測装置学　　　　　　　　　　　　　　　
三田村好矩, 西村生哉
2017年07月

臨床工学技士のための電気工学　　　　　　　　　　　　　　　
西村生哉
2014年, ［単著］

臨床工学技士のための機械工学　　　　　　　　　　　　　　　
西村生哉
2013年01月, ［単著］

臨床工学技士のための生体物性　　　　　　　　　　　　　　　
村林 俊
2012年06月, ［監修］

超精密生産技術大系、第4巻 第6編　　　　　　　　　　　　　　　
第2章 第4節、人工骨
株式会社フジ・テクノシステム, 1996年02月, ［共著］

磁性流体内蔵の動圧軸受モータを用いる軸流型血液ポンプの研究開発
科学研究費助成事業
2002年 - 2005年
三田村 好矩, 村林 俊, 西村 生哉, 岡本 英治, 四津 良平, 山家 智之, 仁田 新一
1.CAD/CAM/CAEシステムによる軸流型血液ポンプの設計、製作
動圧軸受モータを用いる軸流型血液ポンプを開発した。動圧軸受、磁性流体シールおよびブラシレスDCモータを用いることにより、制御系を必要とせず、機械的に非接触に羽根車を駆動することができる。開発した血液ポンプは、循環を維持するのに十分な流量(5L/min、差圧100mmHg)を拍出し、溶血量も臨床的に許容される範囲(N.I.H.<0.02)にある。
2.ポンプ内流れと溶血、血栓との関係の解明
ポンプ内の流れの解析結果に基づいて、溶血量を予測する方法を提案した。赤血球が流跡線に沿って移動するとし、せん断応力およびその印加時間履歴に基づいて溶血量を予測した。血液を用いた実験との比較により、よい相関があることを明らかにした。
3.磁性流体内蔵の動圧軸受モータの開発
磁性流体を作動液体とする動圧軸受の設計、製作を行い、ポンプに組み込んだ。また、モータ軸を非接触的にシールする液体中で長期使用可能な磁性流体シールを開発した。シール耐圧は400mmHg以上。60日間正常に動作した。また、磁性流体の流出量は1μL以下であること、使用した磁性流体の細胞毒性がないことを明らかにし、生体適合性を示した。
4.ポンプ制御システムの研究
モータ消費電力および回転数より、ポンプ流量およびポンプ差圧を推定する方法を提案した。実験の結果、±10%の誤差で流量および差圧を推定できることを示した。
Walsh関数を用いてモータ電流波形のひずみ度を求め、ポンプ逆流および流入路狭窄を自動的に検出する方法を提案した。
5.動物実験
ヤギの左心室-大動脈間に軸流型ポンプを植込む実験を行い、2日間生存させた。開発した軸流ポンプで循環維持ができることを確認した。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 14380386

機能性表面構造を有する人工関節に関する基礎的研究
科学研究費助成事業
1995年 - 1996年
勇田 敏夫, 西村 生哉, 下岡 聡行, 松野 丈夫
本研究は、摺動面patterning技術を人工関節摺動面に応用してHDP摩耗粉の発生を抑え人工関節の寿命を延長させることを目的とし、そのための基礎的な検討として金属(SUS316L,Co-Cr合金)vs高分子材料(HDP)の摺動における摺動面パターン形成の効果について検討した。
pin on diskによる摺動実験によって、金属(SUS316L,Co-Cr合金)vs高分子材料(HDP)において、pattern付加による潤滑性能向上(摩擦係数・磨耗量の減少)が確認された。また、patternの直径およびピッチには最適値が存在し、patternを付加することによる潤滑性能の向上は一時的なものではなく、長時間の潤滑実験をおこなってもpattern付加の優位性は変わらない。
以上の結果をもとに、ボール(骨頭)にpatternを付加して、試作した関節シミュレータを用いて摩擦実験をおこなった。その結果、pattern付加による摩擦係数の減少は見られなかったが、摺動面の観察によって潤滑性能向上に対してのpattern付加の有効性が示唆された。ただし、patternにバリなどが存在すると、潤滑性能が悪化する事が考えられ、カップ側にpatternを付加することも含めて、pattern付加の方法に関して検討の余地が残された。また、実験に用いた関節シミュレータの、摺動面への荷重のかけ方に関しては改良の余地があり、新たな関節シミュレータの開発とそれによる再実験が今後の課題である。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 07458233

人工関節摺動面の潤滑特性向上に関する基礎的研究
科学研究費助成事業
1993年 - 1993年
西村 生哉
現在、整形外科領域で臨床に用いられている人工関節摺動面の材質は、超高密度ポリエチレン製のソケットと、金属(SUS316L、Co-Cr合金)やセラミックス(アルミナ、ジルコニア)製のボールとの組み合せが一般的である。この摺動面が摩耗すると、人工関節の再置換をおこなわなければならなくなる。また摺動面で発生した摩耗粉は、ステムと骨との間に入り込み、ルーズニングの原因となる。研究代表者は、軸受の潤滑機構に関する研究を人工関節に応用し、人工関節摺動面の摩擦・摩耗を減少させ、その寿命を延長させることを目的として研究をおこなった。
研究代表者は、軸受の潤滑面に微細な凹凸パターンを付加することによって、潤滑特性が向上することを確認している。人工関節摺動面においても、軸受と材質は異なるが同様の効果が期待できると考え、人工関節摺動面に用いられている材質(超高密度ポリエチレン、SUS316L)を用いて潤滑実験をおこなった。まず基礎的な摩擦・摩耗実験装置を設計・試作し、表面に凹凸とパターンを付加した試料での潤滑実験の結果と、凹凸パターンを付加しない試料での潤滑実験の結果を比較した。その結果、摩擦面に凹凸パターンを付加した試料は、摩擦係数や摺動面の摩耗状態、摩擦力の安定性などの面で優れた特性を示すことが確認できた。また、パターンの形状・分布などに関して、最適な条件を得ることができた。次に上記の基礎実験結果をふまえ、実際の人工関節を模擬した摩擦・摩耗実験装置を設計・試作し、歩行状態を模擬した変動荷重を与えて潤滑実験をおこなった。その結果、臨床使用を模擬した実験でも、摺動面への凹凸パターン付加の有効性が確認された。
日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 05780642

弁機能向上と廉価化を目的とする心臓代用弁の開発に関する研究
科学研究費助成事業
1989年 - 1991年
勇田 敏夫, 西村 生哉, 下岡 聡行, 村林 俊, 三田村 好矩, 馬場 潔, 上野 時宏, 田中 守
本研究では、初年度は開発弁の素材を決定するため、価格、強度、快削性、仕上り状態などの多方面から検討して、超々ジュラルミンに決定した。コンピュ-タ・シミュレ-ションによる定常流下における流体動態解析で、既存弁の弁フラップ下流域と弁座周辺の流れの状態を調べたが、いずれも淀みや渦があり、流れの可視化による実験的解析からも同様な結果が得られたので、開発弁の形状や形式はCADなどから中心開放型二葉弁で、弁フラップは強度を増すために曲面形状を持つ形式に決定し、流れの状態を調べたが比較的安定した流れが得られた。弁フラップは耐摩耗性と抗血栓性を向上するため、スパッタ蒸着でアルミナを蒸着したが、反応性スパッタ法が通常法より滑らかな強い膜が得られ、さらに傾斜形中間層を加えると耐久性や付着力が約2倍以上に増大する。次年度は模擬循環回路も加えて、定常流と拍動流下における流体動態特性を実験的に求め、開発弁の実用的な構造と機構を決定した。開閉機構をピボット方式で、弁葉の移動量を少なくする閉鎖時傾斜支持にし、弁周り血流のよどみを削減する副流を積極的に採用した。弁表面に蒸着されたアルミナ膜の血液適合性を評価したが、内因系、血小板付着反応とも生体高分子と比べて同等以上の良好な結果が得られた。最終年度は弁曲率、ピボット位置、開放角を数種類変えた開発弁を試作し、定常流と拍動流の可視化テストなどで最適条件を決定した。その結果、曲率9%、軸位置70%、開放角67度が最適となった。弁座は試作の段階ではステンレス材で表面をTiNでスパッタ蒸着したが、チタン材も可能である。また耐久試験装置も試作したが、回転ダクト方式を考案し、予備テストの結果、従来型より約3倍の速さでテスト可能で、水撃圧も低く押えられることが可能である。
日本学術振興会, 試験研究, 北海道大学, 01890001

効率的なル-トプレ-ニングを行うスケ-ラ-に関する基礎的研究
科学研究費助成事業
1990年 - 1990年
勇田 敏夫, 西村 生哉, 下岡 聡行, 戸田 郁夫
本研究は、効率的なル-トプレ-ニングを行うスケ-ラ-に関する基礎研究として、最適なスケ-ラ形状を決定するため、手用スケ-ラのすくい角、逃げ角を形状因子として選択した模型スケ-ラを用いて、水中に保存したヒト抜去歯を被削材として、二次元切削を行い、切削時の垂直力、水平力と切削量、表面粗さとの関係について分析解析し、効率的なル-トプレ-ニングを行い得るスケ-ラ形状について検討した。また、ル-トプレ-ニングによる歯根面形状や性状の変化が、術後の治癒率を左右するので、スケ-ラの切削条件による歯根面性状などに与える影響について検討した。以上により新たに得られた知見を要約すると、つぎの通りである。
1。臨床的な負荷のもとで、切削量、表面粗さは、切削力とほゞ線形関係にあった。
2。スケ-ラ形状において、スケ-ラ刃先のα角(被削材とすくい面のなす角)、逃げ角または刃先角が、切削量、表面粗さに有為な差をもたらすが、特にα角が大きく影響した。
3。歯根表面の滑面化と切削の効率化は、強い相関関係があるので、両立が難しいが、分散分析の結果、α角、刃先角を共に大きくとれば切削効率を落さずに、ある程度粗さを軽減できる可能性が示唆された。
4。スケ-ラのα角が大きくなると切削量が増すため歯根面の凹凸が小さくなり、表面粗さが減少する。α角が小さい場合、押込み効果が増すので、粗さの滑沢化が少ない。スメラ層はハンドスケ-ラの場合、切削条件によらず生ずる.
日本学術振興会, 一般研究(B), 北海道大学, 02455002