2017 Fiscal Year Research-status Report
軟質および硬質境界を有する狭小空間内のレーザー誘起気泡の崩壊・衝撃機構
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16K06092
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
杉本 康弘 金沢工業大学, 工学部, 教授 (00319039)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 医工融合 / 結石破砕 / 混相流 / 気泡力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
経尿道的尿管結石破砕術（TUL）は，尿路で形成される結石を内視鏡で確認しながら，レーザーで破砕する治療である．レーザーは光ファイバーを通じて患部においてパルス状に繰り返し照射され，結石破砕が行われる．この時，潅流に用いられる生理食塩水中でレーザー誘起キャビテーション気泡が形成される．結石破砕は主に，レーザー誘起気泡の崩壊による衝撃によるものである．著者らはファイバー型レーザー誘起気泡の形成，崩壊挙動および固体境界への衝撃作用について実験的な研究を行い，壁面衝撃に対する好適なレーザー照射条件が存在することを示してきた．
実際の治療では体内の狭小空間内で行われており，周囲環境，とくに周囲壁面の効果を検討する必要がある．狭小空間中での気泡挙動に関して，狭小空間と形成気泡のスケールにより特徴的な気泡崩壊挙動の存在が示されている．気泡崩壊が周囲壁面近傍に大きな影響を与えることは，体内組織へのダメージにつながる可能性があり，その挙動の把握が必要である．
そこで本研究では，剛体平板で形成された簡易的な2次元狭小空間における気泡挙動の観察を行った．また，汎用コードを用いたVOF法による解析を行い，2次元平板間の気泡挙動について調べた．特に，気泡崩壊が結石破砕および周囲組織に大きな影響を及ぼすと考えられるので，狭小空間内における気泡崩壊位置を計測した．次いで硬度の異なるシリコーンゴムで形成された平行平板間での気泡挙動の観察を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
剛性壁面を用いた2次元狭小空間において気泡の崩壊挙動を観察し，気泡径の増加に伴い，気泡崩壊位置が壁面方向へ移動する傾向を示した．また，汎用コードを用いたVOF解析において，実験と同様の気泡挙動傾向を捉えられることを示した．
シリコーンゴムを用いた軟質壁面間における気泡挙動の観察を行った結果，気泡成長時および崩壊時に壁面の変形がみられること，気泡は軟質壁面から硬質壁面側に移動しながら崩壊することを示し，わずかな壁面変形挙動が気泡崩壊位置に影響を及ぼすことを確認できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
2枚の壁面を用いた2次元狭小空間における挙動を明らかにしてきたので，本年度は軟らかい壁面空間における気泡挙動について検討する．まず，人体内を模擬したモデルをシリコーンゴムなどの軟らかい材質で製作し，その中での気泡挙動を観察する．また，結石を模したセラミックスボールを配置し，結石破砕性能と周囲壁面への効果を対応付けて検討する．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は1万円程度であり，軽微な消耗品相当であり，運用上問題はない。
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