2014 Fiscal Year Annual Research Report
超高頻度ショックレット人工呼吸法によるガス交換促進法の基礎研究
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24560184
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
平原 裕行 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20201733)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 匡徳 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20448046)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高頻度換気法 / 肺呼吸 / 有限振幅波 / ショックレット / 流体計測 / PIV / Wibelモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２４年度には、ショックレス共振管の先行開発を行って、共振管形状の探索を行った。共振管の形状は、一端を開放端として、他端を閉端の駆動端として設計を行った。最初に数値シミュレーションを行い、内部の流動を把握し最適な形状を模索した後に、実験装置を制作して、音波の共振状態と閉端での圧力と速度の共振振幅変動値を測定した。未だに十分な圧力の変動振幅と速度の振幅は得られていないものの、良好な共振現象が発生していることが確認された。数値解析による先行研究では、共振管から音波導入管に接続する領域において、非常に強い拡散渦の発生が確認されており、これの利用を目指した共振管の開発も視野に入れて開発を行うこととした。平成２５年度の開発は、ヒトの肺モデルの作成を中心として行った。肺モデルはWibelの理想分岐モデルを参考に設計を行った。設計では、第１分岐から第２３分岐までの代表スケールを一つの連続分岐樹上に配置し、全ての分岐の様子が観察され、かつ余分な末梢部は、まとめて局所分岐のコンプライアンスとして表現した。これによって、肺全体の呼吸状態を表現することができるとともに、分岐部での流体力学的な挙動を、流れの対称性のある場合と、非対称である場合の様々な境界条件に対応した実験を行うことが可能となるように設計した。実験装置は平成２５年度に設計を終了し、平成２６年度に全体の組み上げを行い、基礎実験を行って、基本的な動作特性を取得し、また、コンプライアンスの改善のためのバルーンの改良を行った。また、平成２６年度には、数値シミュレーションによって、超高頻度換気法の先行計算を行い、周波数を上げていった時の、分岐の流動条件を明確にして、非可逆流れが、肺の中の古い気体を外部に排出する効果があることを確認して、その成果を最大限に発揮するためのシステムの考案を行って、実現に向けて設計の再考をおこないこれをまとめた。
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