生体の機能と構造に関する計算バイオメカニクス

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04237101
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 石川 博將 北海道大学, 工学部, 教授 (80001212)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 隆美 東海大学, 開発工学部, 教授 (30101843) ; 松崎 雄嗣 名古屋大学, 工学部, 教授 (70175602) ; 徳田 正孝 三重大学, 工学部, 教授 (90023233) ; 谷田 好通 東海大学, 工学部, 教授 (50013628) ; 田中 正夫 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (40163571)
• Keywords: バイオメカニクス / 数値シミュレーション / 人工膝関節 / 骨・靭帯組織 / 呼吸器 / 心機能 / コラプシブルチューブ / 血流

Research Abstract

人工膝関節に使用されるUHMWPEの繰返し接触時における変形挙動をさまざまな条件で解析し、接触時の繰返し摩擦方向、UHMWPEの厚さならびに固定条件、摩擦係数等がUHMWPEの摩耗に対し影響を及ぼすことが分かった(石川)。海綿骨の骨梁構造の連続格子モデルと、コッセラ弾性体の偶応力理論と結合した。椎体内の微視構造密度分布と残留応力分布の観察結果と計算力学シミュレーション結果との対比は、提出モデルを支持するものであった。また、不均一応答の計算力学モデルを提出し、膝関節姿勢と靭帯の応答との関連について検討を加えた(田中)。2次元鼻口モデルにおける脈動流を数値解析し、ガスの強制的な運搬・交換を定量的に予測することを試みた。その結果、管内においてストリーミングによりガスの運搬が行われること、周囲の新気が吸い込まれることによって強制的なガス交換が行われることなどが明らかになった(谷田)。心機能評価数値シミュレーションを、特に左心室部分に3次元有限要素法を用いることにより改良した。またこのシミュレータで得られた結果を、動物実験結果あるいは磁気共鳴映像法で得られたヒト心臓左心室壁の変形挙動と比較することにより、その精度・信頼性・予測性を確認した(徳田)。既存の剛な管壁を持つ流路を、外側からピストンで調和振動させた際の圧力分布などの測定実験を行った(松崎)。実際の心臓の左心室などについて、数値流体力学シミュレーションのためのモデルを作成し、各種の生理的条件のもので血流と、血流が生体にもたらす、力学的影響についての検討を行った。(山口)

Research Products

• [Publications] 藤木 裕行: "人工膝関節における超高分子量ポリエチレンの接触変形解析" 日本機械学会第71期全国大会講演会講演論文集. A. 265-267 (1993)
• [Publications] 藤木 裕行: "人工膝関節用超高分子量ポリエチレンの接触力学" 日本機械学会論文集A編. 58. 2800-2807 (1993)
• [Publications] 藤木 裕行: "UHMWPEの転がり-すべり変形に及ぼす負荷様式の影響" 日本機械学会論文集A編. 60(印刷中). (1994)
• [Publications] 藤木 裕行: "歩行時における人工膝関節の接触変形解析" 日本機械学会第71期通常総会講演会講演論文集. 1(印刷中). (1994)
• [Publications] M.Tanaka: "Residual Stress in Cortical-Cancellous Bone and Equistress Hypothesis at Remodeling Equilibrium" Proceedings of 13th Southern Biomedical Engineering Conference. (in press). (1994)
• [Publications] T.Adachi: "Cosserar Continuum Model of Bone Structure and Simulation" Proceedings of Japan Cong.Matetial Research. (in press). (1994)
• [Publications] 田中 正夫: "椎体内残留応力の分布:牛尾椎を用いた観察" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [Publications] 田中 正夫: "膝前十字靭帯の三次元局所変形:ロボット化試験の下での計測" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [Publications] 安達 泰治: "海綿骨の力学特性と骨梁再構築" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [Publications] M.Tanaka: "Nonuniform Deformation and its Mechanical Model of Knee Ligament" Theoretical and Applied Mechanics. 42. 319-324 (1993)
• [Publications] 田中 正夫: "骨の微視構造と再構築モデル" 日本機械学会第71期全国大会講演会講演論文集. A. 222-224 (1993)
• [Publications] M.Tanaka: "Model-based Identification of Variable Response of Anterior Cruciate Ligament:Effect of Knee Flexion,Valgus-Varus Rotation and Streching Direction" Computational Biomedicine(Held,K.D.et al.eds.). 231-238 (1993)
• [Publications] M.Tanaka: "Bone Remodeling Considering Residual Stress:Preliminary Experimental Observation and Theoretical Model Development" Computational Biomedicine(Held,K.D.et al.eds.). 239-246 (1993)
• [Publications] 田中 正夫: "皮質骨・海綿骨系の残留応力解放実験:牛尾椎の場合" 第5回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. 25-27 (1993)
• [Publications] 田中 正夫: "強制内外反作用下における前十字靭帯の力学特性" 第5回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. 19-21 (1993)
• [Publications] 安達 泰治: "骨の微視構造についての理論的検討(連続体モデルとの対応)" 第5回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. 25-27 (1993)
• [Publications] 関岡 清次: "心筋壁挙動を反映した左心室モデルの3次元有限要素法による構築" 第8回生体・生理工学シンポジウム論文集. 481-484 (1993)
• [Publications] M.Tokuda: "Numerical Simulator for Estimation of Mechanical Function of Human Left Ventricle(Study on Basic System)" JSME Journal,Series A. 37. 64-70 (1994)
• [Publications] M.Tokuda: "Bio-engineering Assisted by Solid Mechanics" Proceedings of Int.Seminor on Microstructures and Mechanical Properties of New Engineering Materials. 339-348 (1993)
• [Publications] 徳田 正孝: "3次元数値シミュレータによる心臓左心室のねじれ挙動の解析" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [Publications] 池田: "振動する狭窄を持つ2次元流路内の剥離流れ" 日本機械学会論文集B1編. 60(印刷中). (1994)
• [Publications] 池田: "一次元非定常声門流れによる音声の生成" 日本機械学会論文集B1編. 60(印刷中). (1994)
• [Publications] Y.Matsuzaki: "Analysis of Flow in a 2-D Collapsible Channel Using Universal Tube Law" Journal of Biomechanical Engineering. 116(in print). (1994)
• [Publications] Y.Yamaguchi: "Do Vascular Endothelial Cells Sense a Uniform Shear Stress?-A Computational Fluid Mechanics Study Using Models of Culrured Endothelial Colls" Microcirculation Annual. 9. 166 (1993)
• [Publications] 山口 隆美: "心臓内腔の写実モデルリングと収縮する左心室内流れの数値流体力学シミュレーション" 医用電子と生体工学. 31. 179 (1993)
• [Publications] 山口 隆美: "心臓および血管内の血流の数値流体力学シミュレーション" 第42回応用力学連合講演会予稿集. 297-298 (1993)
• [Publications] 星合 清隆: "培養内皮細胞周りの血液流れの数値流体力学的解析" 医用電子と生体工学. 31. 249 (1993)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Analysis of Left Ventricular Ejection Using Computational Fluid Mechanics" Journal of Biomechanical Engineering. (in print). (1994)
• [Publications] T.W.Taylor: "The Effects of Supravalvular Aortic Stenosis of Realistic Three-Dimensional Left Ventricular Blood Ejection" Biorheology. (in print). (1994)
• [Publications] A.Sakurai: "A Method for Formulating Realistic Mathematical Models Based on Arterial Casts for the Computational Fluid Mechanical studies on Arterial Flow and Atherosclerosis" Journal de Physique III. 3. 1551-1556 (1993)
• [Publications] T.Yamaguchi: "A Computational Fluid Mechanical Study of Blood Flow in a Variety of Asymmetric Arterial Bifurcations" Frontiers of Medical and Biological Engineering. 5. 135-141 (1993)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Computational Fluid Mechanical Study of the Blood Flow with Moving Walls in the Cardiovascular System" Theoretical and Applied Mechanics. 42. 331-338 (1993)
• [Publications] 山口 隆美: "コンピュータによる血流の解析-血管病変と血流の研究における数値流体力学の応用-" 病理と臨床. 11. 784-795 (1993)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Simulation of Blood Flow in an Abdominal Aortic Aneurysm Using Steady and Unsteady Computational Methods" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 229-232 (1992)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Graphics and Computational Model Construction of Vascular Chambers Using Physiological Cast Measurements" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 469-472 (1992)
• [Publications] T.W.Taylor: "Computational Analysis of Blood Flow in the Heart Left Ventricle from a Realistic Dog Heart Model" Heart and Vessels. 8. 17 (1992)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Simulation of Blood Flow in an Abdominal Aneurysm" Heart and Vessels. 8. 109 (1992)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Simulation of Steady and Pulsatile Flow in an Abdominal Aortic and Aneurysm" Biorheology. 29. 72 (1992)
• [Publications] T.W.Taylor: "Computational Analysis of Blood Flow in the Heart Left Ventricle from a Realistic Dog Heart Model" Biorheology. 29. 105 (1992)
• [Publications] T.W.Taylor: "Computational Flow Visualization in an Aortic Aneurysm" 可視化情報. 12. 287-290 (1992)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Computational Fluid Mechanical Study of the Coronary Spasm" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 333-340 (1992)
• [Publications] T.Yamaguchi: "A Parametrically Defined Computational Fluid Mechanics Model for the Study of the Flow in Arterial Bifurcations" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 237-240 (1992)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Uneven Distribution of the Suface Shear Stress over Cultured Endothelial Cells" Heart and Vessels. 8. 40 (1992)
• [Publications] T.Yamaguchi: "The Coronary Spasm as Viewed from the Computational Fluid Mechanical Viewpoint" Heart and Vessels. 8. 74 (1992)
• [Publications] T.Yamaguchi: "A Computational Fluid Mechanical Model for the Study of Flow in Arterial Bifurcations" Heart and Vessels. 8. 106 (1992)
• [Publications] 山口 隆美: "培養内皮細胞周りの血液流れの数値流体力学的解析" Journal Advenced Science. 4. 8 (1992)
• [Publications] 山口 隆美: "写実的な三次元数値流体力学的血流モデル構築のためのシステム" 医用電子と生体工学. 30. 276 (1992)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Three-Dimensional Graphics and Computational Model Construction of Vascular Chambers from Physiological Casts" Biorheology. 29. 99 (1992)
• [Publications] 山口 隆美: "血流の数値的可視化" 脈管学. 32. 25-28 (1992)
• [Publications] 山口 隆美: "末梢動脈循環の力学と動脈硬化" 臨床科学. 28. 1598-1603 (1992)
• [Publications] 山口 隆美: "血流の流体力学と血管内皮細胞,粥状動脈硬化" 血管と内皮. 2. 32-37 (1992)
• [Publications] 山口 隆美: "血流病変と血流の研究における数値的可視化" 可視化情報学会誌. 12. 98-106 (1992)