鳥の呼吸メカニズムを模倣した新しい呼吸介助技術の開発研究

模仿鸟类呼吸机制研发新型呼吸辅助技术

• 批准号: 15760123
• 负责人: 田中 学
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760123/
• 关键词: 鳥の肺; 呼吸; 生物流体力学; 振動流; 分岐管; 流量分配

高いガス交換能を長期間に渡って維持することができる新しい呼吸介助技術の開発にむけて,ガス交換効率の極めて高い鳥の呼吸メカニズムに着目したのが本研究であり,鳥の肺内における流れとガス交換メカニズムを明らかにするとともに,その呼吸介助技術への応用の可能性について検討した.本年度は,CT画像から構築した実際のヒト肺気道形状モデルを用いた気道内空気往復流れの数値解析を継続し,新たに気道内のガス混合特性並びに物質輸送特性に関するシミュレーションを行った.抽出した気道部位は,昨年度に作成した気管(径約14mm)から左右気管支を経て最大7世代までの気道(径約2mm)からなる気道網に加え,細気道網(径約100〜500μm)のモデルを新たに作成して用いた.細気道モデルでは,呼吸による気道網の拡張・収縮までを再現した.シミュレーションには,連続の式と運動量保存式に加え,ラグランジュ的に記述された物質粒子の運動方程式,また物質拡散方程式を解くことにより検討を行った.シミュレーション結果より,肺気道内では呼気と吸気で流れの特徴が大きく異なるために往復流であっても一周期毎に実質的な流れの定常成分が断面内で局所的に発生すること,またこの定常成分が呼吸性ガスである炭酸ガスや酸素等の物質輸送に貢献することなどを明らかにした.ヒト肺気道内に局所的に発生する定常成分による物質輸送の増強効果について,これまでの鳥肺のモデル実験により得られた一方向流による物質輸送の増強効果との比較・検討を行った.

In this study, we investigated the possibility of using the new respiratory mediating technology in the lung of birds. This year,CT images were constructed and the actual shape of the air channel was analyzed. The numerical analysis of the air reciprocating flow in the air channel was carried out. The mixing characteristics of the air channel and the material transport characteristics were analyzed. The extraction channel part is made into a gas pipe (diameter about 14mm), a left and right gas pipe branch, a maximum of 7 generation gas pipe (diameter about 2mm), a fine gas pipe network (diameter about 100 ~ 500μm) and a new gas pipe. The respiratory tract network expands and contracts. The equation of motion of the particle of matter is described in the equation of motion of the particle of matter, and the equation of dispersion of matter is solved. The results show that the characteristics of respiratory and respiratory flow in the pulmonary tract vary greatly. The steady components of the steady flow in each cycle contribute to the transport of respiratory and respiratory substances. A comparison of the effects of enhancement of substance transport in the development of steady-state components in the lungs is presented.

项目成果

肺気道内流れの数値解析

肺气道流量的数值分析

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本機械学会/第17回バイオエンジニアリング講演会講演論文集 No.04-48
• 作者: 稲垣原理;田中 学;菱田 誠;羽石秀昭;胡 霄
• 通讯作者: 胡 霄

赤澤大輔, 高橋大輔, 田中 学, 菱田 誠: "直角分岐をもつループ状流路内における振動流の研究"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.II. 541-542 (2003)

Daisuke Akazawa、Daisuke Takahashi、Manabu Tanaka、Makoto Hishida：“直角分支环形通道中的振荡流研究”第 40 届日本传热研讨会论文集第 541-542 卷（2003 年）。