流体解析シミュレーションによる顎骨移動前後の気道形態と呼吸機能の検討

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23592933
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 大村 進 横浜市立大学, 市民総合医療センター, 准教授 (50145687)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤内 祝 横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50172127) ; 大島 まり 東京大学, その他の研究科, 教授 (40242127) ; 岩井 俊憲 横浜市立大学, 大学病院, 助教 (00468191)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2014-03-31
• Keywords: 流体解析 / 顎変形症 / 気道 / シミュレーション

Research Abstract

数値流体力学（Computational Fluid Dynamics、略称：CFD）では，計算格子（volume mesh）の配置が重要である．特に，上気道では形態が大変複雑であるため，計算格子の配置がCFDの結果に影響を与えることが考えらる．しかし，計算精度を上げるため，細かい計算格子を多く配置すれば，計算コストが大きくなり，計算が収束するまで数週間単位の多大な時間を要してしまうため，実用化する上でも精度と計算コストのバランスの取れた計算格子を配置する必要がある．本年度はaiwayの流体シミュレーションを行う前の前準備として，CTデータからの気道モデルの構築と至適メッシュ数の決定を行った．時間平均速度と時間平均圧力を指標とし最適な計算格子数を検討した結果，日本人成人の上気道モデルにおいて計算格子の要素（element）数は180万程度で，臨床評価する上で十分な精度を保つことができると考えられた．計算時間も市販のパソコンで15時間程度である．また，気道での空気の流れは乱流を考慮する必要があるが，乱流は特に壁面近傍での計算格子の配置が計算結果に影響を及ぼすことが分かっている．現在他施設で行われている研究では，四面体格子を用いているところがほとんどであるが，四面体格子は壁面境界から格子点距離が不揃いなため，CFDを行うと格子中の速度ベクトルが不揃いとなり，計算精度を落とす原因となる．そこで本研究では壁面境界から格子点距離をそろえたprism格子を数層配置することにより，壁面近傍での精度を向上することができた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

aiwayの流体シミュレーションを行う前の前準備として，CTデータからの気道モデルの構築と至適メッシュ数の決定を行うことができた．この結果を踏まえて，臨床に即したシミュレーションが可能になると考えられる．

Strategy for Future Research Activity

airwayの流体シミュレーションを行うためには，気道モデルの構築に際して至適メッシュ数を決定する必要があるが，本年度の研究でそれは決定できた．今後は，そのメッシュ数で臨床に即した患者の気道モデルを用いて，実際に流体シミュレーションを行っていく．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

ソフトウェアの保守契約費用，成果報告の学会旅費，英文校正，論文別冊代などに研究費を使用する予定である．