2015 Fiscal Year Annual Research Report
血管壁の粘弾性特性が壁面せん断応力に与える影響のバイオメカニクス的解析
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25870385
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福井 智宏 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 助教 (00451542)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 脈波伝播 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脈波伝播に伴う血管壁の運動ならびに血液流れとの相互作用を調べることは，今後の非侵襲血管病診断法の開発にあたり重要である．本研究では，血管壁の力学特性が脈波伝播現象に与える影響を考察するために，数値シミュレーション手法の開発ならびに水槽実験装置の開発を行った．
数値シミュレーションにおいては，デカルト座標系にてオイラー的記述による流体－構造連成解析手法の開発を行った．任意物体形状まわりの流体－構造連成解析を可能にする仮想流束法に，計算の安定性と精度を向上させることができる正規化格子ボルツマン法を組み合わせ，さらに，高速演算を目指した並列計算の実装を行った．また，これまでの既存のコードを使用した数値解析においては，ALE定式化を施すことにより流体と固体の離散化の結合を行い，脈波伝播に伴う反射波に着目した解析を実施した．
水槽実験においては，シリコンチューブを血管に見立てた脈波伝播現象の再現を試みた．チュービングポンプから任意の拍動流を与え，シリコンチューブの2点にて脈波波形を計測し，その伝播時間差から脈波伝播速度を推定した．これらの脈波伝播速度をMoens-Korteweg式から算出される理論解と比較することにより，計測精度の検証を行った．このとき，シリコンチューブの壁厚が厚いほど，理論解との差が大きくなる傾向があり，このことは，数値シミュレーションによる結果とも定性的に一致した．
脈波解析では，脈波伝播に伴う圧力波の計測には成功したものの，流速波形を精度良く測定することが困難であったことから，実験データからの直接的な解析を行うことはできなかったが，数値シミュレーションから得られた速度プロファイルを実験結果と組み合わせることにより，脈波波形を前進波と後退波とに分離する手法の検討を行った．
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