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

2012 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, 医学研究科, 教授 (50172127) ; 大島 まり 東京大学, 情報学環, 教授 (40242127) ; 岩井 俊憲 横浜市立大学, 附属病院, 助教 (00468191)
• Keywords: 顎変形症 / 気道 / 流体解析

Research Abstract

下顎後方移動術の上気道形態への影響についてこれまで多く報告されているが，上気道を通過する気流への影響に関する報告はいまだ少ない．昨年度は気道モデルの構築と至適メッシュ数の決定を行ったため，本年度は下顎後方移動術前後のCT撮影により得られたデータとcomputational fluid dynamics（CFD）の手法を用いて，上気道の流体力学的に解析した．マルチスライスCTのDICOMデータから，3次元画像処理ソフトウェア（Mimics）を用いて副鼻腔を除く上気道の3次元形態モデルを作製し pre-processerソフトウェア（ICEM-CFD）にて流体解析用計算格子を付与し，流体解析ソフトウェア（Fluent）を用いて大気圧下気温20℃での安静時吸気を想定した流体シミュレーションを行った．解析条件は，密度1.205kg/m3，動粘性係数1.822×10-5Pa・sの非圧縮性ニュートン流体とし，乱流モデルとして低レイノルズ数型k-epsilonモデルを用いた．入口境界条件は流量が200ml/sとなるよう境界面に法線ベクトルで速度を与え，出口は自由流出境界条件，壁面はnon-slip境界条件とした．シミュレーション結果をpost-processerソフトウェア（CFD-Post）にインポートし，上・中・下咽頭の各領域で圧力損失を算出することができた．今後，モデル数を増やして，流体シミュレーションを検証していく予定である．

Current Status of Research Progress

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

Reason

下顎骨の後方移動前後の形態の変化した気道モデルを構築し，適切な境界条件のもとでの流体シミュレーションを確立することができたため．

Strategy for Future Research Activity

顎骨移動により形態の変化した気道モデルを構築し，適切な境界条件のもとでの流体シミュレーションを確立したため，今後はモデル数を増やして流体シミュレーションを検証していく．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

ソフトウェアの購入費用や保守契約費用，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．購入予定のソフトウェアが海外より年度内に購入できなかったため，次年度への研究費の繰り越しが生じた．