剛体および粘弾性壁に作用する流体摩擦力と血行力学的影響

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08875039
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 山口 隆平 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (90103936)
• Keywords: 流体工学 / 壁せん断応力 / 粘弾性 / 分岐管 / 拍動流 / 動脈硬化

Research Abstract

血管病変が流れの急変する大動脈弓や脳・腹動脈分岐に好発するため,血管病変発生に対する流体力学的因子による血管壁への影響が研究されている.従来,二次元的な剛体分岐内の流れ学から,流れの剥離する部位では流体摩擦力が小さく,動脈硬化は対流依存物質伝達の低下に伴う血管壁細胞の退化とされている.血流は極めて変形しやすい粘弾性管を通ることから,血流が血管壁に作用する影響を調査するには,境界壁が変形しない剛体管内流れと同時に,変形する弾性壁に作用する流体摩擦力分布の解明が求められている.本課題では,第一の課題として,腎動脈分岐部を模した三次元直角分岐流の剛体および粘弾性流路における流動形態および流体と境界壁の界面に作用する流体摩擦力分布を血行力学的に検討する.さらに,血管病変のもう一方の病変である動脈瘤発生に対する流体摩擦力の影響を検討するため,脳前交通動脈における流動形態を血行力学的に検討する.
(1)腎動脈を模した直角分岐の剛体管モデルを取り上げ,主管から枝管入り口コーナ周りの速度分布をレーザドップラ流速計を用い測定し,逆流域の発生を検討した.壁から0.6mmの領域にあたる速度分布から流体摩擦力を算出した.その結果,枝管入り口の上流コーナ周りでは壁せん断応力が急激に変化すること,および上流コーナにおける壁せん断応力の最大値は流れ分割点である下流コーナの大きさに匹敵することが示された.
(2)前項と同一形状でシリコンラバーの弾性管モデルを取り上げ,レーザドップラ流速計による同様の計測を行った.その結果,主管および枝管下流における逆流域の縮小と流体摩擦力の減衰が認められた.弾性管内においては流体摩擦力の変動が剛体管より小さくなり,生体に大きな負荷をかけない効果のあることが指摘される.
動脈瘤の好発部である脳前交通動脈回りの流動形態をライトシートを用いた流れの可視化により検討した.特に流量の不均衡に伴う流れ分割点回りの流動の変化が大きいことから,弾性管においても流体摩擦力の変化が大きいことが推測され,動脈瘤発生への影響が予測された.

Research Products

• [Publications] 山口隆平: "直角分岐管の分岐点回りの壁せん断応力と枝管内流れの変動" 日本機械学会論文集B編. 63-608. 1200-1207 (1997)
• [Publications] 山口隆平: "Separated Secondary Flow and Wall Shear Stress in Side Branch of Ribht Angle Branch" Proceedings of the 1997 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting. #3303 (1997)
• [Publications] 山口隆平: "脳前交通動脈回りの流体力学的構造と動脈瘤発生" 日本機械学会論文集B編. 63-611. 2335-2340 (1997)
• [Publications] 山口隆平: "Structure of Separated Secondary Flow in Side Branch at Right Angle Branch" Proceeding of the International Conference on New Frontiers in Biomechanical Engineering JSME. 97-205. 135-138 (1997)
• [Publications] 百田憲市: "非対称分岐モデル内振動流の流動形態" 日本機械学会第8回バイオ学術講演論文集. 97-4. 76-77 (1997)
• [Publications] 高橋泰典: "分岐枝管内流れの周期的変動と2次流れの可視化" 日本機械学会第8回バイオ学術講演論文集. 97-4. 80-81 (1997)