非侵襲高度血管病診断を目指した脈波伝播の計算バイオメカニクス的解析

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左心室の収縮によって生じる血管壁の振動(脈波)は,血管の末梢側へと伝播する過程で,反射・減衰を繰り返す.脈波伝播は,血管の幾何学形状や血管壁の力学特性に大きく影響されるため,脈波伝播現象の理解は,ヒト体循環を知る上で重要であり,また,動脈硬化症のような心血管系疾患を考察する上でも非常に重要である.ところが従来の計算解析では,血管壁が剛体であると仮定し,血液流れのみに注目する研究(流体解析)が主流であり,血管壁の変形運動を考慮に入れる研究(連成解析)はほとんどされてこなかった.そこで本研究では,脈波が伝播する際に生じる血管壁の変形運動が,壁面せん断応力に与える影響を流体-固体連成計算解析により定量的に調べ,動脈硬化症の発症・進展に与える影響を考察した.血管の入り口側に,単一の矩形波を与えることにより圧縮波を発生させ,血管壁を振動させた.血管壁の変形運動には,主に,互いに伝播速度の異なる血管の半径方向(横波)と長軸方向(縦波)とがあった.血管壁の縦波発生のメカニズムは,血管の入り口に与えた矩形波により血管壁が半径方向に拡張し,末梢側の血管壁が中枢側へと引張られたために発生したと考えられた.また,血管壁の横波は,血液流れのせん断力によって発生したと考えられた.この血管壁の変形運動に伴い,血管の壁面には0.5〜1.0Pa程度のせん断応力が発生した.このことは,血管壁の変形運動を考慮に入れると,従来の流体解析の結果に対し,0.5〜1.0Paの変動が加わることを示しており,また,この0.5〜1.0Paという大きさは,動脈硬化症の発症・進展に深く関わっていることが知られていることから,血管壁の変形運動を考慮に入れた脈波伝播解析は,非侵襲高度血管病診断を目指す上で,非常に重要であることが分かった.