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慢性血管疾患の予測に向けた数値解析手法の確立

Research Project

Project/Area Number 18J14680
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

佐々木 崇史  早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsゼロ応力状態推定 / 大動脈 / アイソジオメトリック解析 / 構造解析 / 血管壁モデリング / ゼロ応力状態 / 初期推定 / シェル要素
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は血管壁応力を評価できるモデリング手法を確立することであり、DC2に当たる初年度では特に大動脈ゼロ応力状態のモデリングに着目し進めてきた。ゼロ応力状態のモデリングは、これまでにNURBSを利用した要素ベースのゼロ応力状態(EBZSS: element-based zero-stress state)推定手法を開発してきた。このNURBSを含む曲線・曲面理論を基底関数とする有限要素法をアイソジオメトリック解析と呼ぶ。本研究課題遂行中に開発した2つの研究について以下に概略を示す。また、本年度はこれら2つの研究に関する報告を中心に遂行してきた。
EBZSSのNURBS拡張によって、血管のような滑らかな形状においてもZSSを計算することができるようになった。しかしEBZSSでは、分岐を含むような実際の血管形状において良い収束解を得ることが困難であるという側面をもっている。その原因として、EBZSSは要素ごとの制御点をコントロールすることで目的の形状へ近づけていく反復計算手法が挙げられる。分岐においても連続性を保つためには、NURBSではなくT-splineを利用した離散化が必要であるが、NURBSのように一様な制御点配列を保証することができず、EBZSSのような反復計算手法では十分な収束が見込めない。そのため、制御点ではなく物理形状上の積分点を直接コントロールする手法を開発した。
上記手法においては、逆解析による収束解が複数の解をもつ可能性がある。そのため、初期推定の重要性が高いことが伺え、かつ初期推定において解剖学的知見を組み込んだとしても、その推定が収束解と遠い場合では、その解剖学的知見が収束時に反映されている保証がない。本項では血管切断実験より反映した解剖学的知見に加え、血圧との力のつり合いを考慮した、力学的なゼロ応力状態初期推定法を考案し、実装することができた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Rice University(米国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Anatomically realistic lumen motion representation in patient-specific space窶鍍ime isogeometric flow analysis of coronary arteries with time-dependent medical-image data2020

    • Author(s)
      Y. Yu, Y.J. Zhang, K. Takizawa, T.E. Tezduyar, and T. Sasaki
    • Journal Title

      Computational Mechanics

      Volume: 63 Issue: 2 Pages: 395-404

    • DOI

      10.1007/s00466-019-01774-4

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mesh refinement influence and cardiac-cycle flow periodicity in aorta flow analysis with isogeometric discretization2019

    • Author(s)
      K. Takizawa, T.E. Tezduyar, H. Uchikawa, T. Terahara, T. Sasaki, and A. Yoshida
    • Journal Title

      Computers & Fluids

      Volume: 2019 Pages: 790-798

    • DOI

      10.1016/j.compfluid.2018.05.025

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Medical-image-based aorta modeling with zero-stress-state estimation2019

    • Author(s)
      Sasaki Takafumi、Takizawa Kenji、Tezduyar Tayfun E.
    • Journal Title

      Computational Mechanics

      Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 1315-1331

    • DOI

      10.1007/s00466-019-01669-4

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Isogeometric hyperelastic shell analysis with out-of-plane deformation mapping2018

    • Author(s)
      K. Takizawa, T.E. Tezduyar, and T. Sasaki
    • Journal Title

      Computational Mechanics

      Volume: 63 Issue: 4 Pages: 681-700

    • DOI

      10.1007/s00466-018-1616-3

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Aorta zero-stress state modeling with T-spline discretization2018

    • Author(s)
      T. Sasaki, K. Takizawa, and T.E. Tezduyar
    • Journal Title

      Computational Mechanics

      Volume: 63 Issue: 6 Pages: 1315-1331

    • DOI

      10.1007/s00466-018-1651-0

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 血管疾患における構造解析の意味と可用性2019

    • Author(s)
      佐々木崇史、滝沢研二、Tayfun E. Tezduyar
    • Organizer
      第12回血流回
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 血液輸送効率に着目した大動脈血行動態の推定2019

    • Author(s)
      島村駿輔、小宮賢士、佐々木崇史、滝沢研二、Tayfun E. Tezduyar、玉井佑
    • Organizer
      日本機械学会 第32回計算力学講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Zero-stress-state estimation in medical-image based arterial modeling2019

    • Author(s)
      T. Sasaki, K. Takizawa, and T.E. Tezduyar
    • Organizer
      Computational & Mathematical Biomedical Engineering
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Medical-Image-Based Aorta Modeling with Zero-Stress-State Estimation Correlated with Anatomical Observation2019

    • Author(s)
      T.Sasaki, K.Takizawa, and T.E. Tezduyar
    • Organizer
      Advanced in Computational Fluid-Structure Interaction and Flow Simulation
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Arterial isogeometric shell analysis with the lumen geometry extracted from medical images2018

    • Author(s)
      G. Inoue, T. Sasaki, A. Yoshida, K. Takizawa, and T.E. Tezduyar
    • Organizer
      日本機械学会 2018年度年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Hyperelastic models for arterial mechanics with isogeometric discretization2018

    • Author(s)
      G. Inoue, T. Sasaki, A. Yoshida, K. Takizawa, and T.E. Tezduyar
    • Organizer
      日本機械学会 第29回バイオフロンティア講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] A patient specific aortic valve analysis with resolved flow near the leaflet surfaces2018

    • Author(s)
      R. Kobayashi, T. Terahara, T. Sasaki, K. Takizawa, and T.E. Tezduyar
    • Organizer
      日本機械学会 2018年度年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Aorta surface re-parametrization based on principal curvatures2018

    • Author(s)
      A. Yoshida, T. Sasaki, K. Takizawa, and T.E. Tezduyar
    • Organizer
      日本機械学会 第31回計算力学講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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