2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a new controlled shock wave pressure generation method by using a closed space made of materials with different acoustic impedance
| Project/Area Number |
18K03921
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
大谷 清伸 東北大学, 流体科学研究所, 特任准教授 (80536748)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 俊広 東北大学, 流体科学研究所, 技術専門員 (30375133)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 衝撃波圧力制御 / 水中衝撃波 / 水中膨張波 / 圧力増幅 / 閉空間 / 音響インピーダンス / 光学可視化計測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、衝撃波医療応用における重要な研究課題である衝撃波および膨張波による圧力波と生体との干渉による衝撃波生体損傷において、その機序解明実験に使用する制御された圧力波形を持つ新規衝撃波発生方法の確立を目的としている。この目的のため、音響インピーダンス(媒体の密度と音速の積)を考慮した材料を用いた単純形状の閉空間で衝撃波を発生させ、衝撃波圧力正・負(膨張波)、最大過剰圧、パルス幅等を制御する方法確立を行うための実験および数値解析による検討を行った。
円管を用いた簡易形状の閉空間内で微小爆薬およびパルス放電によって発生させた衝撃波挙動を高時間・空間分解能を有する光学可視化計測および圧力計測によって実験を行い、円管の材料、肉厚、簡易的な内部形状の調整によって、発生する衝撃波強さの増幅、圧力波のパルス幅を調整、制御することが可能である結果が得られた。また円管を用いた閉空間内で発生させた衝撃波に付随する膨張波について、衝撃波発生時に発生する気泡（爆発生成ガス）と衝撃波とが干渉することで発生することがわかり、この干渉を制御することで膨張波（負圧）を伴わない衝撃波発生方法が可能であることが示された。これは既存の衝撃波制御方法である体外衝撃波結石破砕術等における衝撃波収束方法における膨張波発生問題を同様に解決させる知見である。
また、円管を用いた閉空間内で発生させた衝撃波挙動に関して、汎用数値解析ソフトウェアANSYS AUTODYNを用いて数値解析を行い、円管内の衝撃波伝播、透過、反射挙動を明らかにして、円管材料の音響インピーダンス値の違いによる効果、内部形状による圧力増幅効果等の実験結果を実証する結果が得られた。
今後は、得られた知見を基盤として、制御した衝撃波圧力発生装置の開発研究へ発展させていく予定である。
|
