研究課題/領域番号 |
19K04163
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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研究機関 | 東北大学 |
研究代表者 |
山口 隆平 東北大学, 流体科学研究所, 学術研究員 (90103936)
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研究分担者 |
田中 学 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20292667)
太田 信 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20400418)
TUPIN SIMON 東北大学, 流体科学研究所, 特任助教 (40816394)
安西 眸 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (50736981)
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研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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キーワード | Cerebral aneurysm / Elasticity / Wall shear stress / Kinetic energy cascade / PIV / Tensile force / Flow instability / FSI / 脳動脈瘤 / 弾性体壁 / 流れ不安定性 / PIV計測 / 瘤破裂の抑制 |
研究開始時の研究の概要 |
脳動脈瘤の進展・破裂の予測評価の精度を目的とし、これまで考慮されることの少なかった柔軟な薄膜弾性壁の脳動脈瘤の拍動に伴う変形を再現し、血行力学的因子である壁せん断応力、壁せん断応力の空間勾配を正確に予測する実験・解析手法の確立が不可欠である。粒子画像速度計による計測、流体構造連成解析による脳動脈瘤の進展・破裂の予測を血行力学な視点から検討する。従来のCFD研究では瘤壁を剛体と仮定し、瘤の進展、破裂の予測が試みられている。柔軟性のある弾性壁動脈瘤モデルの実験による検証はない。瘤壁が膨張・収縮すれば、変形に伴うWSS、WSSG、流れの不安定性を予測する。
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研究成果の概要 |
薄膜弾性壁のMCA脳動脈瘤の血流の拍動に伴う膨張・収縮変形を再現し、壁せん断応力WSS、その勾配WSSGを正確に予測する実験・解析手法の確立である。PIVによる計測では脳動脈瘤の進展・破裂の予測を血行力学的な視点から検討する。剛体のWSS、WSSGと瘤破裂の関連に対し、次に弾性瘤壁ではこれらの因子が如何ほどに抑制され、その進展・破裂防止に与える影響を解明した。弾性効果は、流れ衝突点付近でWSSは抑制され、流れの不安定性であるKEC の値は、弾性壁では低周波域で減衰勾配が大きく、高周波域でも明らかに減衰する。
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研究成果の学術的意義や社会的意義 |
薄膜の脳動脈瘤をシリコンで作製し、PIVで検証し、CFDの領域に新たなる概念を注入する。その根拠は、瘤壁が膨張・収縮すれば変形が生じ、無視できない。流れは拍動流、作動流体は血液と同じ動粘度のグリセリン水溶液、流量, 無次元振動数は生体とほぼ同じ、動脈瘤大きさ10mmである。弾性効果は、流れ衝突点付近でWSSは8%抑制され、同時にWSSG は淀み点回りで10Pa/mmと病理学的に適合する大きさである。流れの不安定性の指標であるKEC の値は、弾性壁モデルでは低周波域で減衰勾配が大きく、同時に高周波域でも 10-2 と大きく減衰する。これらの新しい知見はCFDでは予測できない。
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