2019 Fiscal Year Research-status Report
実形状数値計算による嚥下過程の力学メカニズム解明と新しい嚥下機能の評価法の提案
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19K20672
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
石田 駿一 神戸大学, 工学研究科, 助教 (80824169)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 計算バイオメカニクス / 消化器系バイオメカニクス / 計算力学 / 嚥下 / 嚥下障害 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
嚥下流動は多くの器官運動と食塊運動が複雑に絡み合った現象であり，従来の観察と経験による医学的なアプローチでは嚥下機能の定量的な評価に至っていない．本研究課題では，嚥下過程における器官運動と食塊運動の力学的関係を明らかにし，正常な嚥下を達成する力学的条件を解明することを目的とする．
本年度は嚥下モデルの構築およびニュートン性流体の食塊に対する嚥下過程の数値シミュレーションを実施した．健常者のCT画像と嚥下造影画像に基づき，咽頭，喉頭，舌，軟口蓋の形状と運動モデルを構築した．計算手法にはキュムラント格子ボルツマン法とPhase-fieldモデルによる気液二相流計算手法を採用し，空気相の影響を考慮した嚥下の数値計算に世界で初めて成功した．さらに，それらを完全GPU実装することで計算の高速化を行った．
通常，嚥下時には食塊の物性や姿勢に適応する嚥下動作を行っているが，加齢などに伴いこの適応力は低下する．そこで，健常モデルから咽頭における適応機能が欠落した状態のモデルを作成した．食塊粘度や嚥下姿勢を変化させたパラメトリック計算を実施し，これらが食塊残留量に与える影響を評価した． これにより，咽頭での適応が欠落すると咽頭圧が十分に生じず，高粘度の食塊の嚥下時や前傾姿勢での嚥下時に食塊の残留が多くなることを示した．これらの成果は，生理学のトップジャーナルであるAmerican Journal of Physicsに掲載された (Ohta et al., 2019)．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
形状モデルの構築および咽頭における適応機能が欠落した場合の嚥下障害に対しての嚥下流動の数値解析を実施し，その成果を論文として報告することができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
喉頭の運動機能の低下など，咽頭の適応機能の低下以外を要因とする嚥下障害に対するモデルの構築と数値解析を実施する．
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| Causes of Carryover |
購入を予定していたGPUが十分な在庫を確保できず，当初予定していた数の購入ができなかったため，来年度に発売予定の最新のGPUを購入する予定である．
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