生体組織内を伝播する衝撃波の挙動解明に向けた各種媒体の状態方程式の決定

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25350518
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山本 裕朗 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00447179)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 衝撃波 / レオロジー / 生体模擬物質 / 生体組織

Research Abstract

医療応用を視野に入れた、濃度の異なるゼラチンについてレオロジー特性を明らかにする目的で、5 wt.%から40 wt.%の範囲でゼラチン濃度を調節し、ストレス制御型レオメータを用いて、温度制御下での動的粘弾性を測定した。また、サンプルの違いによる測定誤差を抑えるために、サンプルの形状を均一に成型するための器具を作製し、信頼性のある測定法を見出し、得られた測定結果からゼラチンと豚レバーの物性を比較した。
ゼラチンは50℃から58℃の蒸留水に十分に溶解させた後、容器に流し込んだ。粗熱を取った後、冷蔵庫で18時間保存し、実験前に室温に戻した。測定直前にシャーレの蓋をはがしてシート状のゼラチンを取り出し、穴あけポンチでサンプルの形状を整えた。豚レバーは冷凍後、φ30mmの穴あけポンチで打ち抜き、簡易ミクロトームで厚さ1mmにスライスした後、φ25mmの穴あけポンチで打ち抜いた。
動的粘弾性測定は以下の手順で行なった。サンプルをレオメータのジオメトリにセット後、サンプルの内部構造が破壊されない変形量（線形粘弾性領域）を確認するため、変形量を0.01％から1％程度に変化させ、貯蔵弾性率(G’)と損失剛性率(G”)が一定になる変形量の範囲を測定した
ゼラチンは濃度の高いものほど貯蔵弾性率(G’)と損失剛性率(G”)が高い傾向が認められた。また、角速度が7から100 rad/sの範囲で、豚レバーの貯蔵弾性率(G’) および損失剛性率(G”)はゼラチン30wt.%と40wt.%との中間の値をとるが、100 rad/s以上では豚レバーとゼラチン30wt.%はほぼ同じ値をとる。これらの結果は、触診など比較的低周波領域の外部応力に対しては、豚レバーはゼラチン30wt.%より硬く、40wt.%より柔らかいが、100 rad/s以上の高周波領域ではゼラチン30wt.%とほぼ同じ硬さであることを示す。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

流体科学研究所の共同利用施設が使用できず、火薬の使用場所を大学病院内に変更する必要が生じたため、火薬の使用申請に時間がかかり、平成25年度内にアジ化銀を使用した実験が出来なかった。
また、医学部動物実験施設の耐震工事により、昨年6月から半年間の実験休止を余儀なくされたため、動物実験を要する研究に大幅な遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

流体科学研究所の共同利用施設が使用できないことから、高速度カメラを使った実験に支障が生じる可能性がある。衝撃波の可視化は実施せずに圧力計測のみでも、媒体のウゴニオ計測は可能であるため、高速度カメラをレンタルできない場合は圧力計測の実験回数を増やす代わりに、可視化実験をしない可能性がある。