2018 Fiscal Year Research-status Report
粒子シミュレーションによる左心室から大動脈への血流の可視化と圧力変化の検証
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18K11330
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
向井 信彦 東京都市大学, 知識工学部, 教授 (20350233)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 物理シミュレーション / コンピュータグラフィックス / 可視化 / 医工学 / 粒子法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は本研究最初の年度であったため、まず、左心室から大動脈への血流を正確にシミュレーションするためのモデルを構築した。心臓のデータは本研究に協力して頂いている榊原記念病院より提供して頂いた。一方、本研究は大動脈弁の開閉に伴う血流のトポロジー変化に頑強な粒子法を採用しているため、シミュレーション用モデルも粒子で構成する必要がある。病院より提供して頂いた心臓のX線CT画像を基に詳細な粒子モデルを構築すると、多大な粒子数を必要とするため、シミュレーションには非常に多くの時間を要する。そこで、シミュレーション用PCの計算リソースであるCPUパワーとメモリ容量を勘案しながら、粒子を削減し、しかも、シミュレーションに必要な心臓の詳細部を保ったまま左心室から大動脈までの粒子モデルを構築した。ただし、大動脈弁は提供して頂いたX線CTには詳細に撮影されていなかったため、医学書を参考に手動で作成した。さらに、本研究では血液である流体と、大動脈壁や大動脈弁という弾性体の２種類の属性を持つ物質を対象としてシミュレーションを行う必要があるため、連続体の基本的な支配方程式であるコーシーの運動方程式から、流体用のナビエ・ストークス方程式と弾性体用のコーシー・ナビエ方程式を導出し、必要なパラメータを設定することでシミュレーションを行った。しかしながら、本研究は人体の中でも特に重要な心臓という臓器を扱う関係上、シミュレーションに必要な物質の剛性など必要なパラメータは未知である部分も多く、未だ正確なシミュレーションは行えていない。今後、２年間をかけて必要なパラメータをできるだけ正確に設定し、左心室から大動脈への血流に伴う圧力変化を測定し、正確なシミュレーションが行えるように改善を試みる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の目的は、1) 実データを基にした左心室から大動脈までの粒子モデルの構築、2) 流体と弾性体を対象としたシミュレーション手法の確立、3) CGを用いた血流の可視化、4) 血流に伴う左心室から大動脈への圧力変化の測定、の4項目であり、初年度で3) まで進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、シミュレーション用粒子モデルを構築し、また、シミュレーション手法を確立して、左心室から大動脈までの血流の可視化を行っているが、血流に伴う左心室から大動脈までの圧力変化が文献値とは異なっている。これにはシミュレーションに用いる物性値が必要不可欠であるが、シミュレーション対象が人間の心臓ということもあり、正確な数値が不明であることが多い。そのため、今後は医学書を参考にしながら、必要なパラメータを設定し、血流に伴う左心室から大動脈までの圧力変化が文献値に近づくように試行錯誤を繰り返す予定である。
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| Causes of Carryover |
研究成果を発表するための旅費が不足するため100,000円の前倒し請求を行ったが、若干の余裕があったため残高(17,671円)を次年度費用として使用することとした。
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