気泡崩壊現象の解明とその医療応用に関する研究

气泡破裂现象的阐明及其医学应用研究

• 批准号: 11J09745
• 负责人: 神保 佳典
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J09745/
• 关键词: 流体工学; 気泡; キャビテーション; がん治療技術; ソノポレーション; 衝撃波; 非平衡相変化; 数値解析; 気液二相流; 液体ジェット

1.キャビテーションを想定した気泡崩壊キャビテーションは,生体内において気泡崩壊を,気泡を導入することなく,利用する方法として広く用いられており,加えて,これまでの基礎的な研究よりその内部において非常に高温・高圧な場や高速な液体ジェットが発生していることが考えられ,気泡崩壊を利用した医療の最適化条件を得るために,それらを定量的に評価することが重要となる.本年度では,界面における相変化の取り扱い手法の検証として,Sucking interface問題等を扱い,手法の妥当性を示した.次に,キャビテーションにおける気泡崩壊を想定した軸対称二次元計算として,大気圧下で球形に収縮している気泡と衝撃波との干渉を解析し,以下の知見を得た.(i)初期気泡体積の数万分の1まで小さくなる気泡の非球形崩壊を,衝撃波や界面微細構造,非平衡相変化を考慮した上で計算し,Klaseboerら(2007)の実験結果と良好に一致する結果(気泡重心の移動量,衝撃波圧力値)を得た.(ii)非球形気泡崩壊においても,相変化の影響により,気泡内空間平均温度ならびに圧力の最大値が高くなる.(iii)衝撃波の波形の影響として,衝撃波に続く負圧の作用により,気泡の衝撃波進行方向への非球形崩壊(ジェット形成等)は弱められ,気泡挙動は中立崩壊に近づく.2.生体壁面近傍での気泡崩壊と壁面内への薬剤輸送Kodamaら(2009)により細胞内への薬剤の直接導入医療の効率向上に気泡が有用であることが示されているが,その機構は理解されていない.本研究では,導入に関連すると考えられる気泡崩壊時の衝撃波やジェット,渦流れを直接計算した上で,それらに駆動される壁面変形および気泡周囲の物質の輸送過程を計算した.柔らかい壁面近傍では,渦流れにより壁面が変形し,表面積が増加することにより,硬い壁面に比べて,薬剤の壁面への導入量が増加した.

1. The キ ャ ビ テ ー シ ョ ン を scenarios し た 気 bubble collapse 壊 キ ャ ビ テ ー シ ョ ン は, born in vivo に お い て 気 bubble collapse 壊 を, 気 bubble を import す る こ と な く, using す る method と し て hiroo く with い ら れ て お り, plus え て, こ れ ま で な の foundation study よ り そ の internal に お い て very に high temperature, high 圧 な field や high-speed な liquid ジ ェ ッ ト が 発 Raw し て い る こ と が exam え ら れ, 気 bubble collapse 壊 を using し た medical の optimization conditions を must る た め に, そ れ ら を に of quantitative evaluation of 価 す る こ と が important と な る. This year's で は, interface に お け る phase - change の take り Cha い gimmick の 検 card と し て, Sucking interface issues を Cha い, gimmick の justice を shown し た. に, キ ャ ビ テ ー シ ョ ン に お け る 気 bubble collapse 壊 を scenarios し た axis called secondary yuan calculation と seaborne し て, big 気 圧 で under spherical に 収 shrinkage し て い る 気 bubble と blunt shock wave と の dry involved を し analytically, the following の knowledge を た. (I) the early の several thousand times の 気 bubble volume 1 ま で small さ く な る 気 bubble の non spherical collapse 壊 を, blunt shock wave や fine structure interface, non equilibrium On the phase - change を consider し た で し calculation, Klaseboer ら (2007) の be 験 results agree good と に す る results (centre of gravity is の 気 bubble movement, blunt shock wave pressure numerical) を た. (ii) non spherical 気 bubble collapse 壊 に お い て も, phase - change の influence に よ り, 気 space average temperature inside the bubble な ら び に pressure の largest numerical が high く な る. (I Ii) effects blunt shock wave の waveform の と し て, blunt shock wave に 続 く negative 圧 の role に よ り, 気 bubble の blunt shock wave direction for へ の non spherical collapse 壊 (ジ ェ ッ ト formation, etc.) は weak め ら れ, 気 bubble dynamic は 挙 neutral collapse 壊 に nearly づ く. 2. Born body wall surface nearly alongside で の 気 bubble collapse 壊 と wall inside へ の 薬 tonic conveying Kodama ら (2009) に よ り intracellular へ の 薬 tonic の directly import medical の sharper rate upward に 気 bubble が useful で あ る こ と が shown さ れ て い る が, そ の institutions は understand さ れ て い な い. This study で は, import に masato even す る と exam え ら れ る 気 bubble collapse when 壊 の shock wave や ジ ェ ッ ト, eddy current れ を directly calculate し た で, そ れ ら に 駆 dynamic さ れ る wall - shaped お よ び 気 bubble week 囲 の の material conveying process を calculation し た. Soft ら か い wall near alongside で は, eddy current れ に よ り wall が し - shape, surface area が raised plus す る こ と に よ り, hard い wall に than べ て, 薬 tonic の wall へ の が raised import quantity add し た.

项目成果

衝撃波と気泡との干渉による薬剤輸送に関する数値シミュレーション

冲击波和气泡干扰引起的药物传输的数值模拟

• 发表时间: 2011
• 作者: 葛谷健士郎;神保佳典;高比良裕之
• 通讯作者: 高比良裕之

相変化を伴う気泡崩壊問題のためのGhost Fluid法に関する考察

幽灵流体法求解相变气泡溃灭问题的思考

• 发表时间: 2011
• 作者: Park;J.S.;Fujita;O.;Ito;H.;Nakamura;Y.;神保佳典
• 通讯作者: 神保佳典

Numerical Analysis of Bubble Collapse with Nonequilibrium Phase Transition by the Ghost Fluid Method

• DOI: 10.1299/kikaib.78.1302
• 发表时间: 2012
• 期刊: Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. B
• 作者: Y. Jinbo;H. Takahira

Ghost Fluid法を用いた気液二相流での圧力波の伝播に関する二次元直接数値計算

Ghost Fluid法二维直接数值计算气液两相流中压力波传播

• 发表时间: 2012
• 期刊: 混相流
• 作者: 二木和宏;神保佳典;高比良裕之
• 通讯作者: 高比良裕之

Numerical Investigations of Thermal Effects on the Interaction of Shock Waves with Bubbles

冲击波与气泡相互作用热效应的数值研究

• 发表时间: 2011
• 期刊: Proceedings of ASME-JSME- KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011 (AJK2011)
• 作者: X. Wang;T. Nakata;N. Nishihashi H. Liu;Y. Jinbo and H. Takahira
• 通讯作者: Y. Jinbo and H. Takahira