生体の機能と構造に関する計算バイオメカニクス

1993 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, 教授 (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

人工膝関節に使用されるUHMWPEの繰返し接触時における変形挙動をさまざまな条件で解析し、接触時の繰返し摩擦方向、UHMWPEの厚さならびに固定条件、摩擦係数等がUHMWPEの摩耗に対し影響を及ぼすことが分かった(石川)。海綿骨の骨梁構造の連続格子モデルと、コッセラ弾性体の偶応力理論と結合した。椎体内の微視構造密度分布と残留応力分布の観察結果と計算力学シミュレーション結果との対比は、提出モデルを支持するものであった。また、不均一応答の計算力学モデルを提出し、膝関節姿勢と靭帯の応答との関連について検討を加えた(田中)。2次元鼻口モデルにおける脈動流を数値解析し、ガスの強制的な運搬・交換を定量的に予測することを試みた。その結果、管内においてストリーミングによりガスの運搬が行われること、周囲の新気が吸い込まれることによって強制的なガス交換が行われることなどが明らかになった(谷田)。心機能評価数値シミュレーションを、特に左心室部分に3次元有限要素法を用いることにより改良した。またこのシミュレータで得られた結果を、動物実験結果あるいは磁気共鳴映像法で得られたヒト心臓左心室壁の変形挙動と比較することにより、その精度・信頼性・予測性を確認した(徳田)。既存の剛な管壁を持つ流路を、外側からピストンで調和振動させた際の圧力分布などの測定実験を行った(松崎)。実際の心臓の左心室などについて、数値流体力学シミュレーションのためのモデルを作成し、各種の生理的条件のもので血流と、血流が生体にもたらす、力学的影響についての検討を行った。(山口)

研究成果

• [文献書誌] 藤木 裕行: "人工膝関節における超高分子量ポリエチレンの接触変形解析" 日本機械学会第71期全国大会講演会講演論文集. A. 265-267 (1993)
• [文献書誌] 藤木 裕行: "人工膝関節用超高分子量ポリエチレンの接触力学" 日本機械学会論文集A編. 58. 2800-2807 (1993)
• [文献書誌] 藤木 裕行: "UHMWPEの転がり-すべり変形に及ぼす負荷様式の影響" 日本機械学会論文集A編. 60(印刷中). (1994)
• [文献書誌] 藤木 裕行: "歩行時における人工膝関節の接触変形解析" 日本機械学会第71期通常総会講演会講演論文集. 1(印刷中). (1994)
• [文献書誌] M.Tanaka: "Residual Stress in Cortical-Cancellous Bone and Equistress Hypothesis at Remodeling Equilibrium" Proceedings of 13th Southern Biomedical Engineering Conference. (in press). (1994)
• [文献書誌] T.Adachi: "Cosserar Continuum Model of Bone Structure and Simulation" Proceedings of Japan Cong.Matetial Research. (in press). (1994)
• [文献書誌] 田中 正夫: "椎体内残留応力の分布:牛尾椎を用いた観察" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [文献書誌] 田中 正夫: "膝前十字靭帯の三次元局所変形:ロボット化試験の下での計測" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [文献書誌] 安達 泰治: "海綿骨の力学特性と骨梁再構築" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [文献書誌] M.Tanaka: "Nonuniform Deformation and its Mechanical Model of Knee Ligament" Theoretical and Applied Mechanics. 42. 319-324 (1993)
• [文献書誌] 田中 正夫: "骨の微視構造と再構築モデル" 日本機械学会第71期全国大会講演会講演論文集. A. 222-224 (1993)
• [文献書誌] M.Tanaka: "Model-based Identification of Variable Response of Anterior Cruciate Ligament:Effect of Knee Flexion,Valgus-Varus Rotation and Streching Direction" Computational Biomedicine(Held,K.D.et al.eds.). 231-238 (1993)
• [文献書誌] M.Tanaka: "Bone Remodeling Considering Residual Stress:Preliminary Experimental Observation and Theoretical Model Development" Computational Biomedicine(Held,K.D.et al.eds.). 239-246 (1993)
• [文献書誌] 田中 正夫: "皮質骨・海綿骨系の残留応力解放実験:牛尾椎の場合" 第5回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. 25-27 (1993)
• [文献書誌] 田中 正夫: "強制内外反作用下における前十字靭帯の力学特性" 第5回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. 19-21 (1993)
• [文献書誌] 安達 泰治: "骨の微視構造についての理論的検討(連続体モデルとの対応)" 第5回バイオエンジニアリング学術講演会講演論文集. 25-27 (1993)
• [文献書誌] 関岡 清次: "心筋壁挙動を反映した左心室モデルの3次元有限要素法による構築" 第8回生体・生理工学シンポジウム論文集. 481-484 (1993)
• [文献書誌] M.Tokuda: "Numerical Simulator for Estimation of Mechanical Function of Human Left Ventricle(Study on Basic System)" JSME Journal,Series A. 37. 64-70 (1994)
• [文献書誌] M.Tokuda: "Bio-engineering Assisted by Solid Mechanics" Proceedings of Int.Seminor on Microstructures and Mechanical Properties of New Engineering Materials. 339-348 (1993)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "3次元数値シミュレータによる心臓左心室のねじれ挙動の解析" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. (印刷中). (1994)
• [文献書誌] 池田: "振動する狭窄を持つ2次元流路内の剥離流れ" 日本機械学会論文集B1編. 60(印刷中). (1994)
• [文献書誌] 池田: "一次元非定常声門流れによる音声の生成" 日本機械学会論文集B1編. 60(印刷中). (1994)
• [文献書誌] Y.Matsuzaki: "Analysis of Flow in a 2-D Collapsible Channel Using Universal Tube Law" Journal of Biomechanical Engineering. 116(in print). (1994)
• [文献書誌] Y.Yamaguchi: "Do Vascular Endothelial Cells Sense a Uniform Shear Stress?-A Computational Fluid Mechanics Study Using Models of Culrured Endothelial Colls" Microcirculation Annual. 9. 166 (1993)
• [文献書誌] 山口 隆美: "心臓内腔の写実モデルリングと収縮する左心室内流れの数値流体力学シミュレーション" 医用電子と生体工学. 31. 179 (1993)
• [文献書誌] 山口 隆美: "心臓および血管内の血流の数値流体力学シミュレーション" 第42回応用力学連合講演会予稿集. 297-298 (1993)
• [文献書誌] 星合 清隆: "培養内皮細胞周りの血液流れの数値流体力学的解析" 医用電子と生体工学. 31. 249 (1993)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Analysis of Left Ventricular Ejection Using Computational Fluid Mechanics" Journal of Biomechanical Engineering. (in print). (1994)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "The Effects of Supravalvular Aortic Stenosis of Realistic Three-Dimensional Left Ventricular Blood Ejection" Biorheology. (in print). (1994)
• [文献書誌] A.Sakurai: "A Method for Formulating Realistic Mathematical Models Based on Arterial Casts for the Computational Fluid Mechanical studies on Arterial Flow and Atherosclerosis" Journal de Physique III. 3. 1551-1556 (1993)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "A Computational Fluid Mechanical Study of Blood Flow in a Variety of Asymmetric Arterial Bifurcations" Frontiers of Medical and Biological Engineering. 5. 135-141 (1993)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Computational Fluid Mechanical Study of the Blood Flow with Moving Walls in the Cardiovascular System" Theoretical and Applied Mechanics. 42. 331-338 (1993)
• [文献書誌] 山口 隆美: "コンピュータによる血流の解析-血管病変と血流の研究における数値流体力学の応用-" 病理と臨床. 11. 784-795 (1993)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Simulation of Blood Flow in an Abdominal Aortic Aneurysm Using Steady and Unsteady Computational Methods" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 229-232 (1992)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Graphics and Computational Model Construction of Vascular Chambers Using Physiological Cast Measurements" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 469-472 (1992)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Computational Analysis of Blood Flow in the Heart Left Ventricle from a Realistic Dog Heart Model" Heart and Vessels. 8. 17 (1992)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Simulation of Blood Flow in an Abdominal Aneurysm" Heart and Vessels. 8. 109 (1992)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Three-Dimensional Simulation of Steady and Pulsatile Flow in an Abdominal Aortic and Aneurysm" Biorheology. 29. 72 (1992)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Computational Analysis of Blood Flow in the Heart Left Ventricle from a Realistic Dog Heart Model" Biorheology. 29. 105 (1992)
• [文献書誌] T.W.Taylor: "Computational Flow Visualization in an Aortic Aneurysm" 可視化情報. 12. 287-290 (1992)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Computational Fluid Mechanical Study of the Coronary Spasm" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 333-340 (1992)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "A Parametrically Defined Computational Fluid Mechanics Model for the Study of the Flow in Arterial Bifurcations" Advances in Bioengineering ASME. BED-22. 237-240 (1992)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Uneven Distribution of the Suface Shear Stress over Cultured Endothelial Cells" Heart and Vessels. 8. 40 (1992)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "The Coronary Spasm as Viewed from the Computational Fluid Mechanical Viewpoint" Heart and Vessels. 8. 74 (1992)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "A Computational Fluid Mechanical Model for the Study of Flow in Arterial Bifurcations" Heart and Vessels. 8. 106 (1992)
• [文献書誌] 山口 隆美: "培養内皮細胞周りの血液流れの数値流体力学的解析" Journal Advenced Science. 4. 8 (1992)
• [文献書誌] 山口 隆美: "写実的な三次元数値流体力学的血流モデル構築のためのシステム" 医用電子と生体工学. 30. 276 (1992)
• [文献書誌] T.Yamaguchi: "Three-Dimensional Graphics and Computational Model Construction of Vascular Chambers from Physiological Casts" Biorheology. 29. 99 (1992)
• [文献書誌] 山口 隆美: "血流の数値的可視化" 脈管学. 32. 25-28 (1992)
• [文献書誌] 山口 隆美: "末梢動脈循環の力学と動脈硬化" 臨床科学. 28. 1598-1603 (1992)
• [文献書誌] 山口 隆美: "血流の流体力学と血管内皮細胞,粥状動脈硬化" 血管と内皮. 2. 32-37 (1992)
• [文献書誌] 山口 隆美: "血流病変と血流の研究における数値的可視化" 可視化情報学会誌. 12. 98-106 (1992)