生体の機能と構造に関する計算バイオメカニクス

1994 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・靱帯組織 / 呼吸器 / 心機能 / コラプシブルチューブ / 血流

Research Abstract

実際の人工膝関節の動きに伴う変動荷重、接触位置の移動ならびに接触面形状を考慮して、歩行時における超高分子量ポリエチレン関節板の接触変形解析を行い、関節板の磨耗に対する考察を行った。その結果、関節板の接触面形状はその磨耗挙動に大きな影響があることがわかった。(石川)。石灰化された骨構造単位レベルでの残留応力を考慮した再構築の計算力学モデルについて、シミュレーションと考察を行った。また、靱帯に関しても、モデルの基本的な性質を確認した。これらは、再構築平衡状態での応力の均質化という合目的性に基づく力学モデルを示唆するものである。(田中)。呼吸器系における流れとガス交換の数値解析を行い、鼻口におけるストリーミングによるガスの運搬、鼻こう開口端におけるガスの強制交換,気管におけるガスの周期的授受による管軸方向への拡散、高頻度呼吸におけるペンデルルフト効果によるガス交換について明らかにした(谷田)。三次元有限要素法と循環器系モデルを導入し、心臓左心室の力学的機能評価のためのシミュレーションシステムを構築し、その信頼性を検証した。本システムにより、左心室挙動に関する種々の数値実験が可能となった。(徳田)。血管などのつぶれやすい弾性的管の中の流れの自励振動に関して、1次元非定常剥離流理論を新たに提案し、つぶれた弾性管の中の流れと管壁の振動の自励振動について数値解析を行い、より厳密な振動特性の把握を行った(松崎)。左心室モデルの拡張期および収縮期の連関解析と、厚肉壁をもつ血管狭の窄流れ-壁構造を練成解析した。大動脈分岐壁ずり応力の空間分布で新しい発見があり、実物狭窄鋳型でも非定常の剥離渦を評価した。内皮細胞の3次元形状と流れの相互作用のパラメトリックな計算と、内皮細胞の創発的形態形成を検討した(山口)。

Research Products

• [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. 833-840 (1994)
• [Publications] 藤木 裕行: "人工膝関節におけるUHMWPEの厚さ,固定条件および摩擦力の磨耗への影響" 日本機械学会論文集A編. 60. 1871-1877 (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" 日本機械学会論文集A編. 61. 472-479 (1995)
• [Publications] 藤木 裕行: "歩行時における人工膝関節の接触変形解析(第2報:UHMWPE関節板接触面形状の磨耗挙動への影響)" 日本機械学会論文集A編. 61(印刷中). (1995)
• [Publications] 安達 泰治: "皮質骨・海綿骨系の不静定性と残留応力-牛尾椎による実験的検討-" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 15. 13-16 (1994)
• [Publications] 田中 正夫: "骨組織の構造と残留応力を考慮した力学的再構築モデル" 日本機械学会論文集A編. 60. 2921-2927 (1994)
• [Publications] 徳田 正孝: "心臓左心室力学的機能評価のための数値シミュレータの構築(三次元有限要素法の導入)" 日本機械学会論文集A編. 60. 310-315 (1994)
• [Publications] Y.Matsuzaki: "Analysis of flow in a two-dimensional collapsible channel using universal tube law" Journal of Biomechanical Engineering. 116. 469-476 (1994)
• [Publications] T.W.Taylor: "Flow Patterns in Three-Dimensional Left Ventricular Systolic and Dias-tolic Flows Determined from Computarional Fluid Dynamics" Biorheology. 32. 107-117 (1995)
• [Publications] T.W.Taylor: "The Effects of Cardiac Inflarction on Realistic Three-Dimensional Left Ventricular Blood Ejection" Journal of Biomechanical Engineering. 117(in print). (1995)
• [Publications] 山口 隆美: "左心室の写実的モデリングと収縮期心室内血流の数値流体力学シミュレーション" 東海大学開発工学部紀要. (印刷中). (1995)
• [Publications] 山本 康人: "培養内皮細胞が受けるずり応力の数値流体力学的解析" Journal of Advenced Science. 6. 89-92 (1994)
• [Publications] 山口 隆美: "血流の研究における計算流体力学の応用" スポーツ・サイエンス. 13. 793-802 (1994)
• [Publications] 山口 隆美: "内皮細胞はなぜ変形,配向するか(動脈内皮細胞の形状,配向と血流の関係についての計算流体力学的試験)" 日本機械学会論文集B編. 60. 3665-3671 (1994)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Life Venrticular Flows" Clinical Hemorheology. 14. 446- (1994)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Do Vascular Endothelial Cells Sense a Uniform Shear Stress?-A Computational Fluid Mechanical Study Using Models of Cultured Endothelial Cells-" Clinical Hemorheology. 14. 452- (1994)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Blood Flow in the Arterial Bifurcation-Computational Fluid Mechanical Study Using Parametrically Defined Three-Dimensional Models" Clinical Hemorheology. 14. 453- (1994)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Local Shear Stress Determines the Shape and Alignment of Endothelial Cells-A Computational Fluid Mechanical Study-" Microcirculation Annual. 10. 47-48 (1994)
• [Publications] 杉岡 由喜子: "血流の三次元数値流体力学モデルと定常流におけるシミュレーション" Journal of Advenced Science. 6. 47-50 (1994)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Visualization of Blood Flow in Vascular Structure" 可視化情報. 14. 46-50 (1994)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Simulation of Blood Flow in an Abdominal Aortic Aneuysm--Steady and Unsteady Flow Cases" Journal of Biomechanical Engineering. 116. 89-97 (1994)
• [Publications] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Analysis of Left Ventricular Ejection Using Computational Fluid Mechanics" Journal of Biomechanical Engineering. 116. 127-130 (1994)
• [Publications] M.Tanaka: "Clinical Biomechanics and Related Research" Springer, 11 (1994)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Advanses in Haemodynamics and Haemorheology" JAI Press, in print (1995)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Biofluid Mechanics,Fortschritt-Berichte VDI,Vol.107" VDI Verlag, 6 (1994)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Computational methods for fluid-structure interaction,Pitman Research Notes in Mathematics Series,Vol.306" Longman Scientific & Technical, 16 (1994)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Clinical Biomechanics" Springer-Verlag, 14 (1994)