| 研究課題/領域番号 |
24592758
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東京工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
清水 昭博 東京工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90149914)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 振動流 / 人工呼吸器 / 高頻度振動換気 / 炭酸ガス / 間欠振動流 / 非侵襲 / 有効拡散係数 / 乱れ強さ |
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| 研究概要 |
溝付管において、三角カムを用いたピストン往復運動のI周期中に上下死点で６分の１ずつだけ停止する間欠振動流による有効拡散係数については、深さ6mmで幅10mmの条件については完了した。最大の周波数が6Hzで、最大拍出体積158mLの条件が最大の有効拡散係数を示した。
また、人工呼吸器モデルのプロトタイプとして、呼気・吸気用のツインピストン機構を換気装置を考案し、最も単純なモデルとして、気道空間を一つのチャンバー、肺胞を天然ゴムシートで構成した肺モデルと気管を想定した１本の直管または溝付管で、連結して、炭酸ガスを用いて生体外換気実験を実施してみた。その結果、特に低振動数領域で、気管内壁を模した溝付管内では、間欠振動流によるチャンバー内半減期が直管内で、正弦波状振動流による場合よりも小さくなる傾向が観察された。
２次元ＰＩＶ流れ解析システムを導入し、溝付管と直管の各々について、有効拡散係数測定実験に用いた管路を利用して、空気と力学的に相似な水による三角カムによって発生させた間欠振動流の流れの状態を、特に死点に到達して、ピストンが停止している期間についてのみ、高速度カメラで、溝周辺の可視化動画を撮影し、その動画より、時々刻々の速度分布を求めた。その速度分布の内、物質移動に最も寄与すると考えられる管の半径方向成分に注目して、それらの最大値を求め、いくつかの異なる条件のレイノルズ数について、その変化を求め、有効拡散係数との相関について考察した。その結果、半径方向流速と有効拡散係数のの間に強い相関があることが確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
溝付管内で、間欠振動流による有効拡散係数の測定実験で、深さ６ｍｍの場合のみ完了したが、深さ２ｍｍの条件でも、おそらく低くなるはずであるが、測定したいと考えている。
流れの可視化実験でも、停止期間中の流れのみを測定できたが、可能ならば、ピストン運動中の最大流速も測定したい、と考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
溝付管内の間欠振動流による、溝深さ２ｍｍの条件での有効拡散係数測定実験を遂行する。
同様の振動流の可視化を実施し、軸方向最大流速も測定してみる。
次に、三角カムによらないで、ＡＣサーボモータを制御方法を開発し、上下死点において、各々60°以外の停止期間を実現し、いくつかの条件で有効拡散係数を測定する。
同様な間欠振動流で、可視化実験を実施して、流速分布を測定し、有効拡散係数との関係を考察する。
人工呼吸器モデルのプロトタイプを改良し、より高速な運転を実施できるようにするとともに、肺のモデルも気道に実形状に近い気管支を模擬した管路を試作して、半減期を測定を測定する生体外換気実験を実施する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
三角カムを使用しない方式の間欠振動流による人工呼吸器による生体外換気実験のための肺のモデルの製作と鼻腔モデルの製作費。
学会発表旅費等。
投稿用論文のデータ処理用ソフトウェア等。
論文投稿料。
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