拍動血流と弾性血管壁の相互作用に関する体外模擬実験と数値解析

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455096
• Research Institution: Kansai University
• Principal Investigator: 大場 謙吉 関西大学, 工学部, 教授 (30029186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桜井 篤 関西大学, 工学部, 助手 (50162334) ; 板東 潔 関西大学, 工学部, 助教授 (70156545) ; 浦上 忠 関西大学, 工学部, 教授 (80067701)
• Keywords: 血管壁と血流の相互作用 / 体外力学モデル / 模擬血管 / 模擬血液 / コラプシブルチューブの座屈 / チューブの大変形の数値解析 / コラプシブルチューブ内の流れ

Research Abstract

1. 冠動脈血管や静脈血管を生体外で模擬した柔軟な弾性ゴム管に外圧を印加した時、その断面が座屈し、大変形して行く過程を理論と実験の両面から解明するため、主に肉厚の異なる6種類のシリコンゴム管を対象に、管体積変化量測定法およびレーザーシ一ト光による管断面可視化法と2次元および3次元数値計算法を用いて管内外差圧と断面形状との関係を求めた。その結果、管端に接続された円形剛管の影響が少ない箇所では2次元理論と実験は良く一致し、3次元理論と実験値は全域にわたってほぼ一致した。また、これらの座屈した管に水を定常的に流した時の管軸方向の圧力損失について、水力学平均直径を用いた1次元理論および2次元理論と実験を比較した結果、断面変形が大きくなると共に1次元理論と合わなくなるが、2次元理論とはほぼ合うこと、しかし両壁接触後は2次元理論とも合わなくなることが分かった。以上より、コラプシブルチューブの静的大変形および管内の定常流は3次元理論を用いれば全域にわたって正確に模擬できることが明らかになった。
2. 動脈内の狭窄部位における血流中の流れ場を模擬するために、内径6mmの柔軟弾性シリコンゴム管に高さ1mmの円環状狭窄を作り、報告者らが開発し、実際の血液と同じレオロジー特性を持つことが実証されている模擬血液(模擬赤血球としてのアルギン酸ゲル製の柔軟弾性微粒子と水との体積濃度50%の高濃度分散液)を定常的に流し、LDVを用いて近傍の流速分布を測定し、血液のカッソン流体的性質と混相流体的性質の影響を調べた。その結果、狭窄の頂上では流速分布は矩形状であるが、水よりも分布の角が丸みを帯びていること、狭窄部下流の剥離領域の範囲が水よりも狭いことが分かった。

Research Products

• [Publications] 大場,謙吉: "コラプシブルチューブ内の流れの自励振動" 日本ME学会誌. 44-5. 11-20 (1998)
• [Publications] M.Nakata,Y.Taenaka & K.Ohba et al.: "Characterization and optimization of flow pattern inside diaph-ragm-type blood pumps based on flow visualization techniques" ASAIO Journal. 44-5. M714-M718 (1998)
• [Publications] T.Kamimura, K.Ohba & K.Bando: "Numerical simulation of large deformation of collapsible tube" Abstracts of 3rd World Congress of Biomechanics. 337-337 (1998)
• [Publications] K.Bando & K.Ohba: "Three-dimensional post-buckling analysis of collapsible tube by bynon-linear finite element method" Abstracts of 3rd World Congress of Biomechanics. 338-338 (1998)
• [Publications] K.Ohba,T.Ando,K.Bando,A.Sakurai,T.Uragami etal: "Rheological and hydrodynamical characteristics of model blood consisting of a high concentration suspension of alginic acid gel" Proceedings of 5th Japan-USA-Singapore-China Confe-rence on Biomechanics. 76-77 (1998)
• [Publications] 岩井,大場・他: "柔軟弾性管の狭窄部位における柔軟微粒子分散型模擬血液流" 日本機械学会第11回バイオエンジニアリング講演会講論集. 3/29〜3/31. (1998)