圧力波を利用した刺激に対する非線形粘弾性応答に関する研究

圧力波として刺激を生体組織に適切に与えれば治療法として利用できる一方で，損傷として現れる可能性があるため，圧力波刺激に対する細胞の応答を十分に理解する必要がある．我々はこの現象が生体組織の機械的性質である粘弾性体が関係していると推測しており，そのためには正確に粘弾性物性を評価可能な測定法が必要となる．粘弾性体は粘性と弾性の性質を併せ持つ動的物性が問題となり，一般的に粘弾性体の動的物性はレオメーターを用いて行われる．この方法で測定可能な周波数領域は，およそ10^3 /s以下の低ひずみ速度領域に限定される．一方で衝撃波を伴う現象は，およそ10^3 /sを大幅に超えた高ひずみ速度領域に位置するため，新たな高ひずみ速度領域における物性推定法として，粘弾性体内の単一気泡振動を利用した物性評価法を考案した．この物性評価法は粘弾性サンプル内に発生するレーザーや衝撃波照射による誘起キャビテーション気泡や微小気泡の気泡振動を高速撮影して気泡径の時系列データを実験的に取得後，粘弾性を考慮した気泡運動方程式の数値解を合わせ込むことで，粘弾性サンプルの動的物性の逆推定を行う手法である．現在10^3 ~10^5 /s程度のひずみ速度領域における粘弾性特性の取得に成功している．今年度は上記粘弾性物性推定法における数値予測の改善を目的とする．この手法は高ひずみ速度領域における粘弾性物性測定法として非常に有望であると考えられるが，数値解析で使用する物理モデルの違いが物性推定結果に与える効果についてはこれまで考察してこなかった．より高度な数値予測を実施するためには，数値解析で使用する各種物理モデルにおいて，圧縮性，熱輸送及び粘弾性構成則の影響に注目して比較検討を実施した．また，圧縮性や熱輸送の影響が強く現れる気泡振動の非線形領域(気泡の最小領域)の実験データ取得方法について検討した．

圧力波として刺激を生体組織に適切に与えれば治療法として利用できる一方で，損傷として現れる可能性があるため，圧力波刺激に対する細胞の応答を十分に理解する必要がある．我々はこの現象が生体組織の機械的性質である粘弾性体が関係していると推測しており，そのためには正確に粘弾性物性を評価可能な測定法が必要となる．粘弾性体は粘性と弾性の性質を併せ持つ動的物性が問題となり，一般的に粘弾性体の動的物性はレオメーターを用いて行われる．この方法で測定可能な周波数領域は，およそ10^3 /s以下の低ひずみ速度領域に限定される．一方で衝撃波を伴う現象は，およそ10^3 /sを大幅に超えた高ひずみ速度領域に位置するため，新たな高ひずみ速度領域における物性推定法として，粘弾性体内の単一気泡振動を利用した物性評価法を考案した．この物性評価法は粘弾性サンプル内に発生するレーザーや衝撃波照射による誘起キャビテーション気泡や微小気泡の気泡振動を高速撮影して気泡径の時系列データを実験的に取得後，粘弾性を考慮した気泡運動方程式の数値解を合わせ込むことで，粘弾性サンプルの動的物性の逆推定を行う手法である．現在10^3 ~10^5 /s程度のひずみ速度領域における粘弾性特性の取得に成功している．今年度は上記粘弾性物性推定法における数値予測の改善を目的とする．この手法は高ひずみ速度領域における粘弾性物性測定法として非常に有望であると考えられるが，数値解析で使用する物理モデルの違いが物性推定結果に与える効果についてはこれまで考察してこなかった．より高度な数値予測を実施するためには，数値解析で使用する各種物理モデルにおいて，圧縮性，熱輸送及び粘弾性構成則の影響に注目して比較検討を実施した．また，圧縮性や熱輸送の影響が強く現れる気泡振動の非線形領域(気泡の最小領域)の実験データ取得方法について検討した．