ヒトを含む哺乳類の数値気道モデル開発と室内環境評価への適用

包括人类在内的哺乳动物数值气道模型的开发及其在室内环境评估中的应用

基本信息

批准号：
17F17078
负责人：
劉城準
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

経気道暴露問題の本質的理解のためには流体工学的な側面からの研究蓄積が求められている．しかしながら，倫理的な観点より，実人体を用いた被験者実験(in vivo)には大きな制約がある．そのため動物実験を実施してその結果を人間に外挿するか，模擬的な呼吸器系モデルを作成した上で実験室実験(in vitro)を行うことになる．実験の第一段階としてマウスやラット等の小型の齧歯類動物を用いた実験や小形哺乳類であるイヌやサルを対象とした動物実験を行うことが一般的であるが,そのインパクトを人体スケールへ換算する必要がある．経気道暴露問題をラット等の小形齧歯類やイヌ，サル等の小形哺乳類と，人間で定量比較するためには，両者の鼻腔内流れ場の相違と，微粒子輸送現象の差違，気道内沈着分布の差違を定量的に把握していることが本質的に重要な課題となる．しかし現状では医学的な暴露試験に使用されているラットの鼻腔を対象とした速度場に関する詳細な実験結果，CFD解析結果(in silico)に関する報告はほぼ皆無といって良い状況にある．このような背景のもと，Lu Phuong博士との共同研究では，サルとヒトの鼻腔・口腔から気管支細分岐までの幾何形状を詳細に再現したうえで，経気道曝露による生理影響を定量的に評価するための数値気道モデルの開発に取り組んだ．数値解析モデルの開発に加え，その解析精度検証のために，鼻腔内速度場・温度場・粒子拡散場を対象とした可視化計測技術の開発にも取り組んだ．

为了从根本上理解气道暴露问题，需要流体工程方面的积累研究。然而，从伦理角度来看，使用真实人类受试者（体内）进行的实验存在重大局限性。因此，有必要进行动物实验并将结果外推到人体，或者创建模拟呼吸系统模型，然后进行实验室实验（体外）。作为实验的第一阶段，常见的是用小鼠、大鼠等小型啮齿动物进行实验，而对狗、猴子等小型哺乳动物进行动物实验则需要转换为。为了定量比较大鼠等小型啮齿动物、狗、猴子等小型哺乳动物与人类的呼吸道暴露问题，需要考虑两者鼻腔流场的差异、颗粒输送的差异现象和呼吸道沉积的定量理解是一个重要的问题。然而，目前几乎没有关于医疗暴露试验中大鼠鼻腔速度场的详细实验结果或CFD分析结果（计算机）的报道。在此背景下，我们与Lu Phuong博士的联合研究中，详细再现了猴子和人类从鼻腔、口腔到支气管细分的几何形状，并定量研究了通过呼吸道暴露的生理效应。我们致力于开发用于评估的数值气道模型。除了开发数值分析模型外，我们还开发了鼻内速度场、温度场、颗粒扩散场的可视化测量技术，以验证分析的准确性。