選択的脳冷却法のための熱輸送モデリングと数値解析に関する研究

选择性脑冷却方法的热传输建模和数值分析研究

基本信息

批准号：
14655069
负责人：
小林敏雄
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

低温体療法は脳の一部に血液が流れなくなる虚血性血管障害型の脳卒中に有効であり、1980年代より試みられている。虚血性血管障害が起きると欠血により脳内温度が40度近くに上昇し、このため神経障害が起こり、最悪の場合には死に至る。低温体療法を用いて体を冷やすことで脳の温度を2度から3度下げることにより、発病後の回復経過が良好である症例が報告されている。しかし、現在行われている低温療法は全身を長時間にわたって冷やすため、患者の体力負担が増大し、かえって危険になる場合が起こり得る。そこで、頭と頸部だけを冷やすことにより効果的かつ患者の負担が軽減できるような選択的脳冷却療法が模索されている。本研究では脳内温度の調節のメカニズムを把握すると同時に効率的な選択的脳冷却療法の指針を構築するため、脳内の熱輸送のモデリングおよび数値解析を行った。以上より、本研究では以下の3つのテーマに重点を置いて研究を行った。(1)脳内熱輸送のモデリング(2)数値解析システムの開発(3)医用画像および臨床データとの比較・検証(1)では脳血管網において熱交換を行っていると考えられている、内頸動脈の海綿静脈洞を模擬した同軸円管における対向流型熱交換について、直円管モデルと屈曲管モデルでの数値解析を行った。(2)数値解析にはFIDAPを用い、動脈・静脈の入口に50mmの導入部を設けて安定化を図っている。それぞれの密度・比熱は血液および血管壁で等しく、伝熱方程式に熱拡散係数を与えることで温度の計算を行う。(3)実際の脳冷却を行う際には0.2℃から0.3℃の温度低下が必要とされ、今回の解析でその条件を満たすことが確認された。屈曲管は2次流れの影響により直円管よりも伝熱量が増加し、また拍動流入を与えることで温度境界層が壁面近傍だけでなくなり、より動脈の冷却が促進されることが分かった。

低温治疗对缺血性血管疾病型中风有效，其中血液流向大脑的一部分，并自1980年代以来一直在尝试。当缺血性血管疾病发生时，失血会导致大脑温度升高到近40度，从而导致神经系统损害，在最坏情况下，死亡。有报道称，通过使用冷冻疗法使身体冷却人体，疾病发作后恢复过程良好，通过降低大脑温度2至3度。但是，当前的体温过低可以长时间冷却整个身体，从而增加患者的身体负担，从而导致更危险的情况。因此，正在寻求选择性的大脑冷却疗法，以通过仅冷却头颈部有效地减轻患者的负担。在这项研究中，我们对大脑内的热传输进行了建模和数值分析，以了解大脑温度调节的机制，并为有效的选择性选择性大脑冷却疗法制定指南。 Based on the above, this study focused on the following three topics: (1) Modeling of intracephalic heat transport (2) Development of a numerical analysis system (3) Comparison and verification with medical images and clinical data (1) Numerical analysis was performed using a direct and flexural tube model for counter-flow heat exchange in a coaxial circular tube simulating the cavernovenous sinus of the internal carotid artery, which is thought to be performing heat脑血管网络中的交换。（2）FIDAP用于数值分析，在动脉和静脉的入口处提供了50mm的引入以稳定它。血管壁的密度和比热等于血管壁，并且通过将热扩散系数施加到传热方程中来进行温度计算。（3）进行实际的大脑冷却时，需要0.2°C至0.3°C的温度下降，此分析确认满足了条件。发现与直接管相比，由于二次流的影响，弯管的传热量增加，并且通过提供脉动流入，仅在壁表面附近消除温度边界层，从而进一步促进了动脉冷却。