2019 Fiscal Year Research-status Report
Multi-physics and multi-scale simulation of vascular network in biosystem
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17KK0128
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 洋介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30396783)
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| Project Period (FY) |
2018 – 2020
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| Keywords | ゼブラフィッシュ / 血管リモデリング / マルチ・フェデリティ・シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゼブラフィッシュの脳における血管網の形成過程を理解するために、共焦点顕微鏡により得られた２次元画像を積み上げることによって、３次元血管構造を構築する方法論を確立した。再構築された血管網は、全ての連結しており、また各血管を分離し、その中心線を抽出することによって、血管同士の連結性の情報を得ることも可能である。
得られた構造に対して、１）赤血球のダイナミクスも考慮した散逸動力学計算、２）赤血球の効果はモデル化するものの血管内の流れの３次元性を考慮した非ニュートン流体計算、３）断面内の速度分布をも無視した１次元計算の３つを実施した。この３つの計算手法は、１）から３）に従って、計算負荷は著しく軽減されるが、一方で計算精度は悪化する。本研究では、これら３つの計算を同一の血管網に適用し、定性的にいずれも良い一致を示すことを確認した。一方で、定量的には差異が生じる部分があり、これは赤血球の影響が正確に表現できていないためと思われる。本研究では、これら３つの異なる信頼性を持つ計算手法を融合し、より少ない計算負荷によって信頼性の高い結果を得るための新しい計算手法の提案を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
共焦点顕微鏡の画像から３次元血管構造の再構築、更に、その構造を用いて、３つの異なる手法を用いた血流シミュレーションを実施するためのフレームワークが構築できており、今後、様々な条件のサンプルの血流計算、シミュレーションと実測データの比較などが行える環境が構築できた。以上の理由より、研究プロジェクトが順調に推進できていると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、受精後様々な日数のゼブラフィッシュの個体の血管画像を取得するとともに、シミュレーションと実験のより詳細な比較を実施することにより、本研究で構築したシミュレーション技術の検証を実施する。更に、局所の血行力学因子と血管プルーニングの関係性を明らかにすることによって、血管新生およびプルーニングの数理モデルの構築に向けた基礎研究を展開する予定である。
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Research Products
(15 results)
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[Presentation] Comparison of Multi-scale Models for Blood Flow in Zebrafish Brain2019
Author(s)
Yin, M., Zheng, X., Blumers, A., Nakakura, M., Nakajima, H., Hasegawa, Y., Karniadakis, G.
Organizer
72nd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Numerical study on Hemodynamics of brain vasculature in eartly ebrafish life2019
Author(s)
Yin, M., Zheng, X., Blumers, A., Nakakura, M., Nakajima, H., Hasegawa, Y., Karniadakis, G.
Organizer
Biomedical Engineering Society 2019 (BMES2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Adjoint-based optimization of heat transfer surface in latent heat thermal storage system2019
Author(s)
Kametani, Y., Yuasa, T., Matsumoto, K., Shoda, T., Ishii, M., and Hasegawa, Y.
Organizer
The 2nd Pacific Rim Thermal Engineering Conference (PRTEC2019)
Int'l Joint Research
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