| 研究課題/領域番号 |
18K03921
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大谷 清伸 東北大学, 流体科学研究所, 特任准教授 (80536748)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 衝撃波圧力制御 / 水中衝撃波 / 水中膨張波 / 圧力増幅 / 閉空間 / 音響インピーダンス / 光学可視化計測 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、衝撃波医療応用における重要な研究課題である衝撃波生体損傷に関して、その重要な要素である衝撃波および膨張波による圧力波の生体との干渉による衝撃波生体損傷の機序解明のための生体模擬物質で構成された生体模擬モデルを用いた工学的実験で使用する制御された圧力波形を持つ新規衝撃波発生方法の確立を目的として、媒体の音響インピーダンス（密度と音速の積）の違いによる衝撃波干渉挙動に注目した材料構成による単純形状の閉空間で衝撃波を発生させ、衝撃波圧力正・負（膨張波）、最大過剰圧、パルス幅等を制御する方法確立を行うものである。
制御方法確立のための衝撃波干渉挙動の現象の把握は、高時間・空間分解能の光学可視化計測および圧力計測によって明らかにしていく。平成30年度計画している研究項目は、①閉空間内衝撃波干渉挙動に関して、実験的に解明していくとともに、④閉空間内の衝撃波干渉現象の数値解析と実験結果との比較、検証を行う本研究課題研究項目4項目中2項目を実施した。
単純形状の閉空間として中空円柱（円管）内で衝撃波を発生させる実験を行い、円管の寸法（内径、肉厚、衝撃波発生位置等）と音響インピーダンスの異なる円管材質をパラメータとした衝撃波発生実験を実施し、発生衝撃波波形の計測によって各パラメータ影響を明確にすることができた。
また、円管内水中で発生させた衝撃波の円管との干渉挙動に関して汎用数値解析ソフトウエアANSYS AUTODYNを用いた数値解析を行い、管内での衝撃波伝播挙動、圧力増加、負圧の発生の機序解明につながる結果を得ることができ、次年度の過剰圧の増加方法の確立、負圧を伴わない衝撃波発生方法の確立に繋がる知見を得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成30年度の当初の研究計画では①閉空間内衝撃波干渉挙動の解明に関して、円管の寸法（内径、肉厚、衝撃波発生位置等）、音響インピーダンスの異なる円管材質をパラメータとした衝撃波発生挙動の光学可視化計測および発生圧力計測により実験的な現象解明を行う予定のみであったが、④閉空間内の衝撃波挙動の数値解析について、実験では計測できない閉空間内の衝撃波挙動を解明に取り組み、次年度以降の研究項目遂行上、有意義な知見が得られたため、本研究は当初の計画以上に進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成31年度（零和元年度）は円管内閉空間での衝撃波発生による発生衝撃波の制御法の確立において、当初の計画通り②最大過剰圧の増加方法の確立、③衝撃波のみの衝撃波発生方法の確立について、実験的に取り組む予定である。昨年度の実験、数値計算による研究成果、得られた知見によって導かれる円管形状、材質等によって実施していく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
発生衝撃波制御のための形状、材質等の検証を含む実験数を少なくし、時間と経費を有効に利用するため、数値解析による研究項目を当初計画より早めて実施したため、実験に係る消耗品購入額が減少した。次年度には現象の解明と実験の再現性を含めた実験回数を多く予定しており、その費用（衝撃波発生用微小爆薬と放電電極の購入）にあてる予定である。
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