環境適応型スマート人工肛門括約筋の開発

本研究では、人工肛門括約筋を開発対象として、その生体と構造物との相互作用を理解することを目指す。具体的には、腸管組織の機械的特性を実験により測定する。それらの機械的特性をモデル化し、解析を行い、実験で求めることが困難な部位の圧力分布などの検討を行う。本年度は、前年度に開発した生体組織(腸管)の力学的特性の測定を行うための生体内押し込み試験機の改良を行い、より精度よく力学特性を同定するシステムを構築した。改良点としては、押し込み装置にレーザー変位計を付属し、測定部位の厚みを測定できるようにした。この改良により、押し込み圧子と腸管との接触した時点(押し込み開始時点)をより精度よく求めることができる。この改良した押し込み試験機を用いてヤギの大腸に対して生体内実験を行った。本研究で行った押し込み試験は、圧子の押し込み過程と最大押し込み量で押し込み状態をしばらく保持する過程に大別してデータ処理を行い、それぞれから腸管の非線形弾性特性と粘弾性特性を同定した。非線形弾性特性は、Mooney-Rivlinモデルを用い、粘弾性特性は2要素の一般化マクスウェルモデルを用いた。同定手法としては、まず、応力緩和曲線から粘弾性特性を同定し、押し込み過程の実験結果とMooney-Rivlinモデルとマクスウェルモデルを畳み込み積分した粘弾性特性を考慮した非線形弾性モデルを用いて同定した。これらの材料定数を用いて人工肛門括約筋の閉鎖動作を汎用有限要素解析ソフトANSYS8.1でシミュレーションした。このシミュレーションによって、人工肛門括約筋の設計と圧力分布の関係、また、圧力の時間変化を解析できることが確認できた。これらの成果は、生体組織にやさしいスマート人工肛門括約筋の実現のために必要不可欠であり、非常に有用である。

本研究では、人工肛門括約筋を開発対象として、その生体と構造物との相互作用を理解することを目指す。具体的には、腸管組織の機械的特性を実験により測定する。それらの機械的特性をモデル化し、解析を行い、実験で求めることが困難な部位の圧力分布などの検討を行う。本年度は、前年度に開発した生体組織(腸管)の力学的特性の測定を行うための生体内押し込み試験機の改良を行い、より精度よく力学特性を同定するシステムを構築した。改良点としては、押し込み装置にレーザー変位計を付属し、測定部位の厚みを測定できるようにした。この改良により、押し込み圧子と腸管との接触した時点(押し込み開始時点)をより精度よく求めることができる。この改良した押し込み試験機を用いてヤギの大腸に対して生体内実験を行った。本研究で行った押し込み試験は、圧子の押し込み過程と最大押し込み量で押し込み状態をしばらく保持する過程に大別してデータ処理を行い、それぞれから腸管の非線形弾性特性と粘弾性特性を同定した。非線形弾性特性は、Mooney-Rivlinモデルを用い、粘弾性特性は2要素の一般化マクスウェルモデルを用いた。同定手法としては、まず、応力緩和曲線から粘弾性特性を同定し、押し込み過程の実験結果とMooney-Rivlinモデルとマクスウェルモデルを畳み込み積分した粘弾性特性を考慮した非線形弾性モデルを用いて同定した。これらの材料定数を用いて人工肛門括約筋の閉鎖動作を汎用有限要素解析ソフトANSYS8.1でシミュレーションした。このシミュレーションによって、人工肛門括約筋の設計と圧力分布の関係、また、圧力の時間変化を解析できることが確認できた。これらの成果は、生体組織にやさしいスマート人工肛門括約筋の実現のために必要不可欠であり、非常に有用である。