2019 Fiscal Year Research-status Report
腸内食物輸送の数値シミュレーションによるヒト腸内の栄養素吸収過程の流体力学的解明
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18K18353
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
宮川 泰明 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60804599)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 小腸内流れ / 計算バイオメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では，ALE有限要素法を用いた単純化された小腸形状における計算モデルを構築し，特に曲がり管におけるぜん動運動および分節運動時の撹拌・輸送過程についての基礎的検討を行った．ぜん動運動および分節運動を小腸壁に与え，レイノルズ数，狭窄率，無次元曲率などの無次元パラメータを変化させた際の撹拌量および輸送量の評価を行った．攪拌量および輸送量の評価にはトレーサー粒子の空間的な分散を用いた．
ぜん動運動時においては，レイノルズ数および狭窄率が小さい領域では曲率の影響は見られなかった．レイノルズ数および狭窄率が大きい領域では，ぜん動運動の内外での速度差によってトレーサー粒子が非対称に広がっていく様子が観察された．また，曲率が大きいほどよく攪拌され，内側の壁によく広がっていくことが明らかになった．
一方，分節運動時には，レイノルズ数が大きい領域では狭窄率が小さくても攪拌量に差が見られた．ぜん動運動時と同様に曲率が大きいほどよく攪拌されるが，トレーサー粒子の広がり方の内外での差はぜん動運動時ほどなかった．
これらより，曲がり管においては内側の壁と外側の壁で栄養素の吸収量に差が出ることが示唆される．
さらに，ヒト小腸実形状データにおける撹拌・吸収量の評価のため，3次元有限要素法を用いた計算モデルを構築した．しかしながら，実形状データに不備があり，ヒト小腸の3次元形状の構築には至っていない．この点に関しては今後別のデータを用いるなどの対応をして，問題解決に取り組んでいく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
単純形状における栄養素の撹拌・吸収に関してはおおむね良好に進んでいるが，ヒトの実形状モデルにおける栄養素の撹拌・吸収においては，計算モデルの構築は完了しているが，実形状データに不備がありヒト小腸の3次元形状の構築が難しく，やや遅れている．そのため，研究期間を延長し，この問題の解決に取り組んでいく．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，ヒト実形状モデルにおける栄養素の撹拌・吸収に取り組んでいく．前年度までにヒト実形状データに不備があり，そのまま用いることが出来ないことが判明したため，研究協力者より別のデータの提供を受けるか，研究協力者の医師や生理学者の助言を仰ぎながらCAD等を用いて小腸の3次元実形状モデルを作成する．作成した形状を，これまでに構築したシミュレータに入力することで，ヒト実形状モデルにおける栄養素の撹拌・吸収の解明に取り組む．
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| Causes of Carryover |
研究計画に遅れが生じ，研究期間を延長したため次年度使用額が生じている．
計算資源補強のためのグラフィックスカード購入，英文校閲料や論文投稿料，書籍購入のための費用として使用する．
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