2014 Fiscal Year Research-status Report
異種音響インピーダンスの模擬物質による生体中衝撃波伝播現象の解明
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26420100
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大谷 清伸 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (80536748)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 俊広 東北大学, 流体科学研究所, 技術専門員 (30375133)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体衝撃波干渉 / 水中衝撃波 / 水中膨張波 / 音響インピーダンス / 光学可視化計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体中の衝撃波作用による影響（損傷）に関わる衝撃波医療応用研究、衝撃波殺菌技術等のバイオエンジニアリング分野応用研究へ展開するための研究基盤を確立することを目的として、音響インピーダンス（媒体の密度と音速の積）に着目し、その値が種々異なる生体模擬物質中を伝播する衝撃波現象解明を行う。
本年度は生体を模擬した水、塩水、ゼラチン、アクリル等内を伝播する衝撃波の伝播挙動、音響インピーダンスの異なるアクリル、アルミニウム合金等の薄板を用いた水中衝撃波反射実験を行い、衝撃波や反射膨張波の作用による誘起現象（気泡発生）等を高時間・空間分解能を有する光学可視化計測および圧力計測で実験的に現象の解明を行った。
生体模擬物質中の衝撃波伝播挙動に関しては、各媒体で伝播速度、速度・衝撃波圧力の各減衰率等の基礎データ取得ができた。また、衝撃波反射実験では薄板を介した状態では、繰り返し反射した膨張波が水面下に伝播し、負圧になることによって盛大に気泡発生するという知見を得た。これは音響インピーダンスの差異によって容易に気泡発生してしまうことを示している。衝撃波生体損傷の防止対策あるいは逆にそれを利用した殺菌等の技術開発に生かされる重要な知見となるものと考えられる。
また、生体模擬物質を用いた衝撃波伝播、反射挙動に関して汎用数値解析ソフトウエアANSYS AUTODYNを用いて数値解析を行い、時系列の密度あるいは圧力コンターを得て、実験結果との比較を行い、各挙動に関して定性的な結果が得られ、次年度の定量評価（構築実験式の検証）に繋げられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度の計画では、生体模擬物質中の衝撃波伝播挙動および音響インピーダンス差のある媒体界面での衝撃波透過・反射挙動の実験的な解明とその数値解析との比較、検証であった。
まず、実験に関しては、生体模擬物質中の各衝撃波挙動の定性的な把握ができたため、学会発表を行ったとともに、英文誌に投稿中である。数値解析に関しても、現段階の実験データとの比較で定性的、定量的な良い一致を示す結果が得られているため、計画通りおおむね順調に研究は進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は当初の計画通り、まず音響インピーダンス差のある媒体界面での衝撃波挙動解明に関する実験を継続して、より多くの媒体界面種、形状等で実施し、データの蓄積を行うとともに、水中膨張波作用による気泡発生と初期衝撃波強さとの実験式の構築に着手し、数値計算での検証を行う。
また、衝撃波干渉界面形状を変化させて、膨張波気泡発生の制御方法の確立・検討を行う予定である。
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