時系列ステレオPIVによる内頸動脈モデル内拍動流の可視化計測

本研究では,脳動脈瘤の多発部位である内頚動脈の湾曲部を模した血管モデル(図1)に,実際の心臓波形を再現した拍動流(図2)を与え,2次流れと非定常流により引き起こされる複雑な内部流れ構造が血管壁に及ぼす影響について考察している.

流れ場は三次元的な構造をしていることから,時間・空間解像度の高いDynamic Stereo PIVを用いる事で,従来のPIVでは不可能であった時系列可視化計測を試みている.図3に実験の様子を示す.

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図1 曲がり管モデルと計測断面

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図2 拍動流入条件

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図3 実験の様子

図4はPIVによる計測結果を示している.拍動流の2次流れのパターンは定常流に比べて渦度が大きく変化し,主流は壁面近傍での流速が速くなったり,剥離や逆流を生じたりするようになる.これらの現象が血管壁面に与える影響を生理学的に考察している.

また,Dynamic PIVは上記のような非定常現象を時系列で広範囲に多次元計測できる強力なツールである.特に周期が一定でなく,位相平均を取ることが不可能なin vivo計測の際には,その高い時間分解能が現象の解明に有用である.また,時間分解能の高さを利用して,LDVに代わる振動現象の解析手法としても期待ができる.

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図4 各計測断面での内部流れの様子

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図5 ステレオPIVによる2D-3C 計測結果

図5では時系列ステレオPIVによる平面内速度3成分の計測結果を示している。これにより、渦構造にともなう軸方向の流速分布が明らかになり、同じRe数においてもPhase1と3では全く異なった渦構造を持つことが確認できた。

また,時系列ステレオPIVは上記のような非定常現象を時系列で広範囲に多次元計測できる強力なツールである.特に周期が一定でなく,位相平均を取ることが不可能なin vivo計測の際には,その高い時間分解能が現象の解明に有用である.また,時間分解能の高さを利用して,LDVに代わる振動現象の解析手法としても期待ができる.

 

参考文献

 

1. Oishi, M., Oshima, M. and Kobayashi, T. High-speed PIV Measurement of Blood Flow in the Modeled Artery. Proceedings of PSFVIP-4, Chamonix France, Paper No.F4098, 2003.

2. Oishi, M., Oshima, M. and Kobayashi, T. PIV Measurement of Flow in the Modeled Artery using High Speed Camera. Proceedings of the 7th Asian Symposium on Visualization, Singapore, 2003

3. 大石正道, 大島まり, 佐賀徹雄, 小林敏雄, Dynamic PIV を用いた血管モデル内拍動流の時系列計測, 可視化情報Vol.24, Suppl. No.2,可視化情報全国講演会(愛媛2004), pp.165-168

4. Oishi, M., Oshima, M. Saga, T. and Kobayashi, T. Dynamic PIV Measurement of Pulsatile Flow in the Modeled Artery. Proceedings of 11th International Symposium on Flow Visualization, Notre Dame, Indiana, USA, Paper No.099, 2004.

5. M. Oishi, M. Oshima, Y. Bando, T. Kobayashi, Time-resolved Stereo PIV Measurement of Pulsatile Flow in the Modeled Artery, The 5th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing, 2005, Australia, pp. 63-64

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