2019 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 |
令和元年度は本研究2年目の年度に当たるため、平成30年度に構築したシミュレーションモデルを基に粒子法を用いて左心室から大動脈への血流シミュレーションを行った。基本的には左心室から大動脈への血流であるが、左心室への血液流入も考慮するため、シミュレーションモデルには左心室の入り口である僧帽弁口を設け、僧帽弁口から左心室への血液流入を行った。僧帽弁口から流入した血液が左心室に充満するにつれて左心室内の圧力が高まり、左心室内の圧力が大動脈内の圧力を超えると圧力差により大動脈弁が開口する。大動脈弁の開口と同時に血液は左心室から大動脈へ流れ、この血流により大動脈内の圧力も上昇する様子をシミュレーションし、さらに血液の流れを粒子で可視化することができた。また、血液粒子の色を圧力値に応じて変更することで左心室および大動脈内の圧力変化を視覚的に把握することが可能となった。なお、粒子法でシミュレーションする場合、粒子同士の接近により圧力値が異常に高くなり、血液粒子が左心室や大動脈から流出する現象も見られたが、シミュレーションモデルに血液粒子流出防止用ダミー壁を設けることで、粒子のシミュレーションモデルからの流出をほぼ防止することができた。この結果、左心室から大動脈への血流シミュレーションと圧力の可視化を行うことは可能となった。しかしながら、シミュレーションにおける圧力変化を文献値と比較したところ、シミュレーションの圧力値は文献値よりも高い値を示していた。これは、僧帽弁口から左心室への血液流入が連続的に行われているためであると思われる。心臓の弁動作は連動しているため、僧帽弁口から血液が流入した後、僧帽弁は一旦閉口し、左心室の等容性収縮後、左心室内の圧力が上昇して大動脈弁が開口する。今後はこのような弁の連動性を導入することで、シミュレーションにおける圧力変化を文献値に近づける必要がある。
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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
平成30年度において血流の可視化までは行っていたが、左心室および大動脈内の圧力変化の可視化は行えていなかった。令和元年度において左心室おおび大動脈の圧力変化を行い、文献値と比較することができた。最終年度である令和2年度には圧力変化を文献値に近づける手法の検討が行えるところまで進展したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度において、左心室から大動脈への血流と圧力の可視化を行えるところまで進展したため、最終年度はシミュレーションの圧力変化を文献値に近づけるための手法を考案する。その一つが僧帽弁と大動脈弁の連動性の考慮である。また、左心室の等容性収縮も考慮する必要があるため、左心室の弾性率の調査を行う。ただし、本研究は人間の心臓を対象としており、人体実験が行えないため、文献調査で見つからない場合には、シミュレーションにおける圧力変化を文献値に近づけることのできる物性値を採用する。
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| Causes of Carryover |
科研費の成果発表における学会で関連研究の調査も行ったため、科研費と受託研究費で業務内容に応じた按分支出を行った。このため、旅費の一部が未使用となった。令和元年度における未使用金額は令和2年度における成果発表で支出する。
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[Book] コンピュータ概論2020
Author(s)
向井信彦, 田村慶信, 細野泰彦
Total Pages
256
Publisher
オーム社
ISBN
978-4-274-22458-4
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