2016 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of shock wave propagation phenomena in human body by using the simulated biomedical materials with different acoustic impedance
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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った。
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して、種々音響インピーダンス差のある界面および界面形状での衝撃波干渉現象に関して、主に高時間・空間分解能を有する光学可視化計測および圧力計測による実験を行った。水中膨張波作用による気泡発生と初期衝撃波強さとの関係を表す実験式構築に必要なデータを蓄積することができた。
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、数値解析結果が実験結果から導かれる媒体界面での衝撃波伝播挙動等のメカニズムの解明への実証になる結果が得られた。
実験結果より、反射する媒体の音響インピーダンス値よって反射衝撃波圧力ピーク値が増減する、衝撃波現象において音響学の理論と一致する傾向があるという知見が得られた。また、水―空気界面形状を蒲鉾型、あるいは楔型にした衝撃波干渉実験では、衝撃波発生位置と界面の位置関係で膨張波気泡発生位置を変えられる結果が得られ、膨張波気泡発生制御が可能であること、更に、得られた知見を用いて、音響インピーダンスを考慮した材料の組み合わせで衝撃波伝播を制御して、膨張波強度の制御が可能であることも示された。これらの結果は、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。
今後は、得られた結果を基盤として、衝撃波の医療、医工学分野応用研究へ発展させていく予定である。
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