生体の機能と構造に関する計算バイオメカニクス

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04237101
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 石川 博將 北海道大学, 工学部, 教助 (80001212)
• 研究分担者: 山口 隆美 東海大学, 開発工学部, 教授 (30101843) ; 松崎 雄嗣 名古屋大学, 工学部, 教授 (70175602) ; 徳田 正孝 三重大学, 工学部, 教授 (90023233) ; 谷田 好通 東海大学, 工学部, 教授 (50013628) ; 田中 正夫 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (40163571)
• キーワード: バイオメカニクス / 数値シミュレーション / 人工膝関節 / 骨・靭帯組織 / 呼吸器 / 心機能 / コラプシブルチューブ / 血流

研究概要

人工膝関節における超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)の摩耗メカニズム解明の足がかりとして、UHMWPEを弾塑性材料として繰返し接触時における変形挙動を解析し、UHMWPE内部での応力、ひずみ変化が摩耗におよぼす影響について検討を行った。(石川)
骨の再構築の計算力学モデルを提出し、さらに骨組織の持つ微視構造を考慮するモデルへの拡張を検討した。また、靭帯構造体内部での不均質応答に関する力学モデルを用いて、内部での荷重分担について検討した。(田中)
鼻口をシミュレートした空気取入れ口付近の流れを数値計算して流れの非対称性による定常流れ(streaming)の存在を確かめた。また、CO_2をトレーサガスとして用い、拍動流における気道内濃度の時間的変化を測定して有効拡散係数を求めた。(谷田)
心臓の変形挙動を循環器系および電気刺激伝導系と密接に相互作用するシステムの結果であるとして捕らえ、心臓の力学的特性を評価できる数値シミュレーション基本システムの構築を完了した。(徳田)
2次元弾性流路中の1次元流れのうち、特に振動現象の数値計算の精度についての確認を行い、十分な空間と時間の刻みが解の定量的な収束には必要なこと、さらに高次の振動は剥離点の移動によることを示した。(松崎)
自発運動する境界について数値流体力学的計算の手法を確立することができ、いくつかのモデルを用いて、収縮する左心室、冠動脈攣縮などにおける内部流れの詳細を検討した。(山口)

研究成果

• [文献書誌] 石川 博將: "人工膝関節における超高分子量ポリエチレンの摩耗" 日本機械学会第70期全国大会講演会講演論文集. A. 244-246 (1992)
• [文献書誌] H.Ishikawa: "Mechanics of Bio-tribology for Artifical Joint" Proceedings of 7th International Conference on Biomedical Ehgineering. 1. 149-151 (1992)
• [文献書誌] 石川 博將: "人工膝関節における超高分子量ポリエチレンの摩耗評価" 第3回バイオメカニクスカンファレンス講演論文集. A. 67-68 (1993)
• [文献書誌] 田中 正夫: "残留応力を許容する骨の力学的再構築に関する初期研究" 日本機械学会論文集A編. 58. 1022-1029 (1992)
• [文献書誌] M.Tanaka: "Nonuniform Deformation of Anterior Cruciate Ligamet and Model of Variable Respocse" Proceedings of 7th International Conference on Biomedical Engineering. 1. 116-118 (1992)
• [文献書誌] M.Tanaka: "A Model of Mechanical Bone Remodeling Permitting Residual Stress" Proceedings of 7th International Conference on Biomedical Engineering. 1. 539- (1992)
• [文献書誌] 田中 正夫: "生体硬組織における力学的再構築モデル(骨における残留応力シミュレーション)" 920-64日本機械学会第4回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. 1. 43-45 (1992)
• [文献書誌] 田中 正夫: "微視構造を考慮する骨の力学的再構築(シミュレーションモデルの提案)" 924-4日本機械学会講演論文集. 1. 95-97 (1992)
• [文献書誌] 田中 正夫: "膝靭帯の不均質変形とその力学モデル" 第42回応用力学連合講演会講演論文集. 1. 283-286 (1993)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "心臓左心室力学的機械評価のための数値シミュレータの構築" 日本機械学会論文集(A編). 58. 1100-1106 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "心筋特性の変化と心臓左心室の動きに関する計算機研究" 920-7日本機械学会第2回バイオエンジニアリングシンポジウム講演論文集. 1. 53-54 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "MR映像法による心壁局所ひずみの計測(第2報 健常者と心疾患患者の比較)" 923-2日本機械学会東海支部三重地方講演会講演論文集. 1. 335-337 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "心臓左心室の圧ー容積関係による心筋特性の影響" 923-2日本機械学会東海支部三重地方講演会講演論文集. 1. 333-334 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "3次元有限要素法による心臓左心室の変形挙動" 923-2日本機械学会東海支部三重地方講演会講演論文集. 1. 338-340 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "心臓左心室の3次元拍動アニメーション" 923-2日本機械学会東海支部三重地方講演会講演論文集. 1. 344-346 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "心臓左心室3次元有限要素モデルと循環器モデルの接続" 920-78日本機械学会第70期全国大会講演会講演論文集. A. 256-258 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "心臓左心室変形挙動のアニメーション表示" 920-78日本機械学会第70期全国大会講演会講演論文集. A. 293-295 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "2画面ビデオ映像法によるイヌ拍動心変形計測" 920-78日本機械学会第70期全国大会講演会講演論文集. A. 291-292 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "MRIによる生体内組織流れの計測と表示" 920-78日本機械学会第70期全国大会講演会講演論文集. A. 310-312 (1992)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "MR映像法による心壁のひずみ計測と表示" 920-78日本機械学会第70期全国大会講演会講演論文集. A. 308-309 (1992)
• [文献書誌] 山口 隆美: "レオロジーと動脈硬化" 循環器科. 31. 1-7 (1992)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Computational Fluid Mechanical Study of the Concective Temperature Distriburion in an Infact Invubator" Annals of Biomedical Engineering. (1993)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Three-Dimensional Simulation of Blood Flow in on Abdorninal Aortic Aneurysm-Steady and Unsteady Flow Cases" Journal of Biomechanical Engineering. (1993)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Three-Dimensional Analysis of Left Ventricular Ejection Using Computational Fluid Mechanics" Journal of Biomechanical Engineering. (1993)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Three-Dimensional Graphics and Computational Model Construction of Vascular Chanmbers from Physiological Casts" 東海大学開発工学科紀要. (1992)
• [文献書誌] 松崎 雄嗣(分担): "バイオメカニクス概説" オーム社, 209 (1993)