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Exploring social applications of data descriptive science

Planned Research

Project AreaEstablishing data descriptive science and its cross-disciplinary applications
Project/Area Number 22H05108
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鈴木 杏奈  東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (60796449)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤原 義久  兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (50358892)
古徳 純一  帝京大学, 医療技術学部, 教授 (70450195)
椋平 祐輔  東北大学, 流体科学研究所, 助教 (60723799)
Project Period (FY) 2022-06-16 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥159,900,000 (Direct Cost: ¥123,000,000、Indirect Cost: ¥36,900,000)
Fiscal Year 2025: ¥34,320,000 (Direct Cost: ¥26,400,000、Indirect Cost: ¥7,920,000)
Fiscal Year 2024: ¥34,060,000 (Direct Cost: ¥26,200,000、Indirect Cost: ¥7,860,000)
Fiscal Year 2023: ¥33,410,000 (Direct Cost: ¥25,700,000、Indirect Cost: ¥7,710,000)
Fiscal Year 2022: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
Keywords医療 / 経済 / エネルギー / 資源
Outline of Research at the Start

応用探索班ではデータ記述科学の適用可能分野を広げるため,分野の垣根を超えて普遍的に適用できる,高次元データの「かたち」と「うごき」を可視化する記述子の開発に挑戦する.本申請では,科学技術を社会へ普及する上で重要な医療・経済・エネルギー分野を対象に,高次元医療データの VRによる可視化,TDAを用いた大規模経済ネットワークの解析とその応用,地下資源開発のための地下構造推定と生産予測を実施する.それぞれの分野における革新的データ解析手法の提案,課題解決が実現する他,記述子の普遍性を追求することで,より広い学術・科学技術分野への適用も可能となり,データ記述科学の開拓と発展に力強く貢献することになる.

Outline of Annual Research Achievements

計画1.1VRを用いたデータ探索プロトタイプ開発:高密度障害物によるDSA画像の部分劣化の除去に着手した。テストデータは頭頸部血管ファントムに高吸収体(シリンジ)を載せて撮像し、収集した。学習データを使いながら深層学習を開発した。その結果、従来手法と比較してほぼ同程度の精度で予測ができることがわかった。高次元医療画像を直接的かつ直感的に操作可能な、VRによるデータ空間探索技術について検討を始めた。また、従来はスムージングの方法として知られていた拡散方程式フィルタが医用画像のコントラストを明瞭にすることにたいしても有用であることがわかったので、これについて論文を投稿した。

計画2.1大規模経済ネットワークの構造と時間変化を記述する可視化手法の開発:株式市場における株価変動は、銘柄数が1000程度あり、50年間にわたる期間における日次の時系列データであり、その高次元データの形と動きを捉えるために、パーシステントホモロジーの手法を応用した。コロナ禍、リーマンショック、バブル崩壊などの経済危機の前後に、1次のホモロジーに対応する生成消滅対に著しい変動があることを発見した。1次のホモロジーに対応する株価変動の特徴を理解するために、ベッチ数、パーシステント図のランドスケープなどのベクトル化や逆解析などを進めた。

計画3.1トポロジカルデータ解析に基づく構造と流れの新たな記述子・数理モデルの提案:パーシステントホモロジーによって複雑な岩石構造を解析し,流路となるき裂ネットワークを定量的に抽出した。先行研究ではき裂の凹凸は考慮していなかったが、実際の1枚き裂を有する岩石の画像に適用することで、き裂に存在する凹凸面によって生じる優先流路を抽出することができた。浸透率の推定式を適用することで、実験結果に近い浸透率の値を推定することができた。また、パーシステントホモロジー以外にもMedial Axisを利用した解析手法の検討を始めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

領域会議等で他の班と意見交換をしたり、個別ミーティングを設けることで相談でき、積極的に議論を図っているため。

Strategy for Future Research Activity

これまでに引き続き、領域会議等で他の班と積極的に意見交換をしながら進めていく。例えば、経済危機の前後における、株価変動の高次元データの形の変化の存在は、主成分分析や他の高次元データ解析では捉えにくい、相関構造をトポロジカルデータ解析が検出している可能性がある。それを明らかにしながら、多体相関との関係を理解していく。また、例えば喫緊の課題であるインフレに関係する物価変動や、大規模な経済ネットワークへ本手法を応用する研究も進める。
そして論文化していく。

Report

(1 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] Karlsruhe Institute of Technology (KIT)/GRS gGmbH(ドイツ)

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  • [Journal Article] Automated parameter estimation for geothermal reservoir modeling using machine learning2024

    • Author(s)
      Suzuki Anna、Shi Shuokun、Sakai Taro、Fukui Ken-ichi、Onodera Shinya、Ishizaki Junichi、Hashida Toshiyuki
    • Journal Title

      Renewable Energy

      Volume: 224 Pages: 120243-120243

    • DOI

      10.1016/j.renene.2024.120243

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  • [Journal Article] Investigating rough single-fracture permeabilities with persistent homology2024

    • Author(s)
      Fuchs Marco、Suzuki Anna、Hasumi Togo、Blum Philipp
    • Journal Title

      Solid Earth

      Volume: 15 Issue: 3 Pages: 353-365

    • DOI

      10.5194/se-15-353-2024

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  • [Journal Article] Classification of chest X-ray images by incorporation of medical domain knowledge into operation branch networks2023

    • Author(s)
      Tsuji T, Hirata Y, Kusunose K, Sata M, Kumagai S, Shiraishi K, Kotoku J
    • Journal Title

      BMC Medical Imaging

      Volume: 23 Issue: 1 Pages: 1-18

    • DOI

      10.1186/s12880-023-01019-0

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Simulation of Radiation Dose for Female Physicians: Radiation Exposure Risk in Structural Heart Disease Procedures2023

    • Author(s)
      Takata Takeshi、Kataoka Akihisa、Yanagawa Ayaka、Shiraishi Kenshiro、Kotoku Jun’ichi
    • Journal Title

      Journal of Transcatheter Valve Therapies

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 17-23

    • DOI

      10.33290/jtvt.oa.22-0015

    • ISSN
      2434-4532
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 未来を拓く医療 AI の基礎2024

    • Author(s)
      古徳純一
    • Organizer
      第 70 回臨床医学物理研究会 令和 5 年度臨床医学物理セミナー
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  • [Presentation] 巨大化するモニタリング・モデリングデータの解析と解釈の自動化に向けて2023

    • Author(s)
      辻 健
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      令和5年度石油技術協会春季講演会
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      辻 健
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    • Author(s)
      古徳純一
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      小野寺 圭祐、猪 裕太、田中 智、川村 太一、金丸 礼、石崎 拓也、深井 稜汰、辻 健、中村 智樹、上椙 真之、圦本 尚義、野口 高明、岡崎 隆司、薮田 ひかる、奈良岡 浩、坂本 佳奈子、橘 省吾、渡邊 誠一郎、津田 雄一
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      椋本 浩太、Capdeville Yann、Singh Sneha、辻 健
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      JpGU Meeting 2023
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  • [Presentation] CO2-EOR への応用を目指した分子動力学シミュレーションによる最小ミシビリティ圧力の評価2023

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      崔 物格、梁 云峰、増田 昌敬、辻 健、髙橋 悠、小寺 保彦
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      令和5年度石油技術協会春季講演会
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  • [Presentation] 炭酸ガス,メタン,エタン - 原油システムにおける最小ミシビリティ圧力(MMP)の検討2023

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      梁 云峰、崔 物格、増田 昌敬、辻 健、松岡 俊文、伊藤 大輔
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      令和5年度石油技術協会春季講演会
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      黄 芸実、梁 云峰、増田 昌敬、辻 健
    • Organizer
      令和5年度石油技術協会春季講演会
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  • [Presentation] 頁岩ナノ孔隙内の吸着と相挙動に関する分子シミュレーションと状態方程式モデリング2023

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      李 武泉、梁 云峰、増田 昌敬、辻 健
    • Organizer
      令和5年度石油技術協会春季講演会
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  • [Presentation] 大規模データを用いた先端探査技術:宇宙探査からCO2地中貯留まで2023

    • Author(s)
      辻 健
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      川崎市民アカデミー
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  • [Presentation] Accuracy Considerations Concerning 3D Printed Fracture Models2023

    • Author(s)
      M. Krohn, A. Suzuki
    • Organizer
      The 20th International Conference on Flow Dynamics
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  • [Presentation] 3D Printed Fracture Networks for Investigation of Fracture Deformation under Stress2023

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      A. Patsoukis Dimou, Q. Lei, N. Watanabe, A. Suzuki
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      The 20th International Conference on Flow Dynamics
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    • Author(s)
      J. Miyanaga, K. Goto, A. Suzuki, A. Patsoukis Dimou, J. M. Minto
    • Organizer
      The 20th International Conference on Flow Dynamics
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  • [Presentation] Evaluation of the Minimum Miscibility Pressure by Molecular Dynamics Simulations for Applications in CO2-EOR2023

    • Author(s)
      Wuge Cui, Yunfeng Liang, Yoshihiro Masuda, Takeshi Tsuji , Haruka Takahashi, Yasuhiko Kotera
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      Petrophase 2023
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      2022 Annual Research Report
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    • Author(s)
      Yukiko Ozaki, Isshin Ando, Yasutaka Mugita, Kyosuke Hirayama, Masatoshi Aramaki , Fei Jiang , Takeshi Tsuji, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugie, Kosuke Ashizuka
    • Organizer
      The Advanced Technology in Experimental Mechanics and International DIC Society Joint Conference 2023 (ATEM-iDICs '23)
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    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-06-20   Modified: 2025-04-17  

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