2022 Fiscal Year Final Research Report
Continuum biomechanics of the whole brain circulation for the computational analysis of cerebrovascular diseases
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19H01175
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Wada Shigeo 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (70240546)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 嘉之 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (20362733)
武石 直樹 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (30787669)
大谷 智仁 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 講師 (40778990)
伊井 仁志 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (50513016)
石田 駿一 神戸大学, 工学研究科, 助教 (80824169)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Cerebral circulation / Blood flow / Biomedical Engineering / Personalized medicine / Computational mechanics / Interstitial flow / Cerebro-spinal flow |
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| Outline of Final Research Achievements |
In order to understand the circulatory dynamics of blood and cerebrospinal fluid at the whole brain level, we constructed a continuum model that reproduces the morphology and anatomical structure of the cranial skeletal system, cerebral circulatory system, and cerebral parenchymal tissue system. We conducted blood flow analysis considering personal differences and collateral blood circulation, coupled analysis of blood flow and interstitial flow in cerebral microcirculation, cerebrospinal fluid flow and material transport analysis, and simulation image data analysis for intracerebral water circulation mechanism. As a result, we clarified the physical simultaneous relationship in the spatio-temporal field in the brain for blood circulation and cerebrospinal fluid circulation. In addition, using medical imaging data of patients with cerebral infarction and normal pressure hydrocephalus, we clarified the physical mechanism behind the observed pathological conditions.
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| Free Research Field |
バイオメカニクス
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
全脳レベルの血液および脳脊髄液の循環動態を理解するために，脳の形態と解剖学的構造を忠実に再現した連続体モデルを構築し，脳血液循環および脳脊髄液循環に対して，in silicoでの観察を可能にする計算力学シミュレーションにより，脳内時空間場における物理的連立関係を明らかにすることができた．また，脳血管障害による局所的な力学的平衡状態の破綻が脳循環代謝動態に及ぼす影響を医用画像ベースで評価する計算力学解析プラットフォームを構築し，観察される病態の背後にある物理的メカニズムを明らかにした．これは，計算力学シミュレーションと医用画像データを統合した個別化医療支援技術の有効性と可能性を示すものである．
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