衝撃波フォーカッシングで誘起されるキャビテーションの破壊作用とその抑制

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04650140
• 研究機関: 北海道教育大学
• 研究代表者: 冨田 幸雄 北海道教育大学, 教育学部・函館分校, 助教授 (00006199)
• 研究分担者: 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193)
• キーワード: キャビテーション / 衝撃波 / 気泡 / 衝撃波 / 気泡相互作用 / 気泡 / 気泡相互作用 / ESWL / 生体損傷 / 圧力計

研究概要

実用化されているリフレクターと同じ型式の反射体を用いて、第二焦点での衝撃波フォーカッシング過程とその結果発生するキャビテーション現象を観察してきた。まず試作したPVDF圧力計を第二焦点に設置して、衝撃波フォーカッシングで誘起される圧力測定を行い、同時に現象の光学撮影を行なった。衝撃波フォーカッシングによる急激な圧力上昇の直後、引き続く負圧成分が圧力波形上に認められた。現象の観察から、衝撃波フォーカッシングの直後におびただしいキャビテーションの発生が認められた。この負圧の発生原因として、リフレクター出口での反射衝撃波の回折による膨張波の収束が関与しているものと考えられる。キャビテーション気泡は互いに干渉し合い、気泡/気泡およる衝撃波/気泡の相互作用を繰り返している。そこで、気泡の生成が自由にコントロールできるレーザフォーカスを利用して、気泡/気泡および気泡/境界面の相互作用という現象の基礎過程の解明を目指した。すなわち、生体組織近傍での気泡挙動を明らかにするためにゼラチンを含む各種変形壁まわりに気泡を生成させ、その様相を光学観察した。さらに、気泡間の相互作用を究明する目的で2個の気泡の相互運動を実験的に調べた。その結果、気泡は運動の位相の違いによって様々な運動形態を取り得ることが明らかとなった。強い相互作用の場合には、気泡の分裂とそれに伴う微細な超ジェットの生成という興味深い現象が観察できた。以上の結果は、国内の講演会やシンポジウムで既に報告がなされ、また、イギリスで行われたキャビテーションに関する国際シンポジウム(第3回)で、その一部が発表されている。

研究成果

• [文献書誌] 冨田 幸雄: "衝撃波フォーカッシングで誘起されるキャビテーション気泡と衝撃波との相互干渉" 平成3年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 603-606 (1992)
• [文献書誌] 冨田 幸雄: "体外衝撃波結石砕砕術におけるキャビテーション効果に関する一考察" 日本産業技術教育学会北海道支部 研究論文集,第5号(1991年度). 81-87 (1992)
• [文献書誌] 冨田 幸雄: "位相差のある2個のレーザ生成気泡の相互作用" 日本機械学会関西支部 第67期定時総会講演会講演論文集. 924-2. 31-33 (1992)
• [文献書誌] Tomita,Y.: "Non-Spherical Motion of Laser-Produced Cavitation Bubbles Near Boundaries" Proceedings of the 14th International Congress on Acoustics. 2. C2-2 (1992)
• [文献書誌] 冨田 幸雄: "変形壁近傍でのキャビテーションの気泡の挙動に関する実験的研究" 日本学術会議キャビテーションに関するシンポジウム(第7回). 93-98 (1992)
• [文献書誌] Lush,P.A.: "Cavitation and Induced Shock Wave-Bubble Interaction As a Cause of Human Tissue Damage in Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy" Proceedings of the 3rd International Symposium on Cavitation. 55-64 (1992)