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Construction of Diagnosis System of Blood Flow by CFD Based on Clinical MRI Data

Research Project

Project/Area Number 13680928
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Biomedical engineering/Biological material science
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

AOKI Takayuki  Tokyo Institute of Technology, Global Scientific Information and Computing Center, Professor, 学術国際情報センター, 教授 (00184036)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) IKEHIRA Hiroo  National Institute of Radiological Sciences, Informative Molecular Research Section, Division of Medical Imaging, Leader, 画像医学部・分子情報研究室, 室長 (50150313)
HASEGAWA Jun  Tokyo Institute of Technology, Research Laboratory for Nuclear Reactors, Research Associate, 原子炉工学研究所, 助手 (90302984)
Project Period (FY) 2001 – 2003
Project Status Completed (Fiscal Year 2003)
Budget Amount *help
¥4,100,000 (Direct Cost: ¥4,100,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2001: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
KeywordsMRI / Blood Flow Simulation / CFD (Computational Fluid Dynamics) / IDO Scheme / Extraction of vessel structure / Cut-Cell method / AMR method / Particle model for blood flow / 血流計算 / マイクロ・イメージング・コイル / SHP / 連成計算 / 局所補間微分オペレータ(IDO)法 / 血管弾性」変形」 / 拡張個別要素法 / 医用画像 / 血流 / MRI画像データ / LevelSet法 / 時系列データ / 複雑形状 / Level Set法
Research Abstract

Recently, clinical image diagnosis instruments such as MRI (Magnetic Resonance Imaging, X-ray CT, Ultrasonic Doppler imaging etc. have developed and give us a large amount of high resolution image data. Especially, MRI data are obtained with negligible damage for human body and spread over many hospitals.
The research results are categorized into the method for extracting blood structure from the MRI data, development of high accurate numerical scheme for blood flow simulation, and numerical results of blood flow simulation. By using B-spline interpolation, the blood structure of the brain for the blood flow CFD can be extracted with smooth curvatures from the MRA (magnetic resonance angiography). We have developed high accurate numerical scheme with local Hermite interpolation and the Cut-Cell method to describe blood vessel with complex geometry and AMR (Adaptive Mesh Refinement) method for adapting fine resolution around blood vessels on Cartesian grid. We carried out the numerical simulation for the interaction of the blood flow injected pulsatively with the elastic vessel. It is found that the pressure at the inner wall has lower peak than that of the rigid vessel case, and the velocity response of the outflow is delayed. We also studied micro-scale blood flow simulation with a particle model where non-Newtonian behaviors become important.
We have obtained a lot of results for construction of the flood flow CFD analysis system for the individual clinical MRI data.

Report

(4 results)
  • 2003 Annual Research Report   Final Research Report Summary
  • 2002 Annual Research Report
  • 2001 Annual Research Report
  • Research Products

    (85 results)

All 2004 2003 2002 2001 Other

All Journal Article (50 results) Publications (35 results)

  • [Journal Article] Accurate basis set by the CIP method for the solutions of the Schrodinger equation2004

    • Author(s)
      T.Utsumi, T.Yabe, J.Koga, T.Aoki, T.Sekine
    • Journal Title

      Computer Physics Communications Vol.157, No.2

      Pages: 121-138

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] 粒子モデルによるミクロ血流シミュレーション2004

    • Author(s)
      藤田幸多雄, 今井陽介, 青木尊之
    • Journal Title

      日本機械学会・第16回バイオエンジニアリング講演会予稿集 Vol.03, No.38

      Pages: 231-232

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] 脳血管に対する流体-構造連成イメージベースト血流シミュレーション2004

    • Author(s)
      今井陽介, 青木尊之, 池平博夫
    • Journal Title

      日本機械学会・第16回バイオエンジニアリング講演会予稿集 Vol.03, No.38

      Pages: 235-236

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] Accurate basis set by the CIP method for the solutions of the Schrodinger equiation2004

    • Author(s)
      T.Utsumi, T.Yabe, J.Koga, T.Aoki, T.Sekine
    • Journal Title

      Computer Physics Communications Vol.157,No.2

      Pages: 121-138

    • Description
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] A Numerical Method of IDO Scheme for Fluid-Structure Interaction on Cartesian Grid2004

    • Author(s)
      Y.Imai, T.Aoki, H.Ikehira
    • Journal Title

      COMPUTATIONAL MECHANICS, WCCM VI in conjunction with APCOM'04,Sept.5-10,2004,Beijing, China (CD-ROM)

    • Description
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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  • [Journal Article] 離散要素法シミュレーションのアナグリフ立体表示2003

    • Author(s)
      青木尊之, 古市潔, 高橋通
    • Journal Title

      日経サイエンス 01

      Pages: 110-110

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] IDO法によるLMR(Local Mesh Refinement)を用いた血流シミュレーション2003

    • Author(s)
      今井陽介, 青木尊之, 小原徹也
    • Journal Title

      日本機械学会第15回バイオエンジニアリング講演集 15

      Pages: 167-168

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] ルンゲクッタ時間積分を用いた局所補間微分オペレータ(IDO)法による双曲型方程式解法の計算精度と数値安定性の向上2003

    • Author(s)
      吉田浩, 青木尊之, 内海隆行
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌A J86-A, [3]

      Pages: 223-231

    • NAID

      110003311635

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  • [Journal Article] Numerical scheme for moving body interacting with fluid2003

    • Author(s)
      青木尊之
    • Journal Title

      Proceedings of 2nd MIT Conf. on Computational Fluid and Solid Mechanics Vol.2, No.2

      Pages: 1237-1239

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  • [Journal Article] IDO法による弾性壁を考慮した血流シミュレーション2003

    • Author(s)
      今井陽介, 青木尊之, 小原徹也
    • Journal Title

      日本機械学会2003年度年次大会・講演予稿集 Vol.3-1, No.VII

      Pages: 25-26

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  • [Journal Article] Basis Set Approach in the Constrained Interpolation Profile Method2003

    • Author(s)
      T.Utsumi, J.Koga, T.Yabe, Y.Ogata, E.Matsunaga, T.Aoki, M.Sekine
    • Journal Title

      Research Report of National Institute for Fusion Science Vol.NIFS-778

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  • [Journal Article] Compressible and Incompressible Turburence Simulation by IDO scheme2003

    • Author(s)
      T.Aoki, K.Kato, T.Kobara, M.Yoshida, M.Tanahashi
    • Journal Title

      Japan-Russia Seminar on Turbulence and Instabilities Vol.3

      Pages: 14-15

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] マルチメジャーを用いた計算手法(CIP法、IDO法)2003

    • Author(s)
      青木尊之, 肖鋒
    • Journal Title

      計算工学 Vol.8, No.4

      Pages: 18-21

    • NAID

      10012446916

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] TNT爆発のブラストウェーブ2003

    • Author(s)
      加藤香, 青木尊之, 藤田幸多雄, 佐分利禎, 吉田正典
    • Journal Title

      日経サイエンス Vol.2004, No.1

      Pages: 109-109

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 陰的ルンゲ・クッタ法によるIDO法の時間発展2003

    • Author(s)
      今井陽介, 青木尊之, 佐分利禎
    • Journal Title

      第16回計算力学講演会・講演論文集 Vol.03, No.26

      Pages: 151-152

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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] レイトレーシングによる計算力学の可視化と簡易立体視2003

    • Author(s)
      青木尊之
    • Journal Title

      第16回計算力学講演会・講演論文集 Vol.03, No.26

      Pages: 27-28

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] 直交格子をベースとした弱連成解法2003

    • Author(s)
      青木尊之
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      第16回計算力学講演会・講演論文集 Vol.03, No.26

      Pages: 33-34

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] 高精度波動計算手法の開発2003

    • Author(s)
      佐分利禎, 青木尊之, 今井陽介
    • Journal Title

      第17回数値流体シンポジウム・講演予稿集 (CD-ROM)

      Pages: 111-111

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] IDO法を用いた潮汐流れの高精度数値シミュレーション2003

    • Author(s)
      出口洋平, 青木尊之
    • Journal Title

      第17回数値流体シンポジウム・講演予稿集 (CD-ROM)

      Pages: 208-208

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] MRI based CFD analysis for brain blood flow with IDO-AMR method2003

    • Author(s)
      T.Aoki, Y.Imai, T.Kobara, H.Ikehira
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      Simulations in Biomedicine V, WIT Press No.5

      Pages: 79-88

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  • [Journal Article] Basis Set Approach in the Constrained Interpolation Profile Method2003

    • Author(s)
      T.Utsumi, J.Koga, T.Yabe, Y.Ogata, E.Matsunaga, T.Aoki, M.Sekine
    • Journal Title

      Research Report of National Institute for Fusion Science Vol.NiFS-778

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  • [Journal Article] Numerical scheme for moving body interacting with fluid2003

    • Author(s)
      T.Aoki
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      Proceedings of 2nd MIT Conf.on Computational Fluid and Solid Mechanics Vol.2,No.2

      Pages: 1237-1239

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  • [Journal Article] Compressible and Incompressible Turbulence Simulation by IDO Scheme2003

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      T.Aoki, K.Kato, T.Kobara, M.Yoshida, M.Tanahashi
    • Journal Title

      Japan-Russia Seminar on Turbulence and Instabilities Vol.3

      Pages: 14-15

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  • [Journal Article] 複雑形状の複雑でない計算法2002

    • Author(s)
      青木尊之, 肖鋒
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      情報処理 Vol.42, No.6

      Pages: 551-558

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  • [Journal Article] PlayStation 2のEmotion Engineによる数値計算2002

    • Author(s)
      Lei-Hau Lee, 青木尊之
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      ハイパホーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウムHPCS2002 PSJ Symposium Vol.2002, No.4

      Pages: 65-71

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  • [Journal Article] 3D Simulation for Falling Papers2002

    • Author(s)
      T.Aoki
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      Comput.Phys.Comm. Vol.142, No.1-3

      Pages: 326-329

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  • [Journal Article] 局所補間を用いた高精度PIC法の開発2002

    • Author(s)
      綿部良介, 青木尊之
    • Journal Title

      電気学会研究会資料 PPT02, 1-10

      Pages: 23-28

    • NAID

      10024739020

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  • [Journal Article] Poisson Equation Solver with Fourth-order Accuracy by using Interpolated Differential Operator Scheme2002

    • Author(s)
      K.Sakurai, T.Aoki
    • Journal Title

      Comp.Math.Appl. 43

      Pages: 621-630

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  • [Journal Article] Shallow Water Equations in Sphereical Geometry Solved by a High-accurate IDO Scheme and Overset Grid2002

    • Author(s)
      Takayuki Aoki, Hiroshi Yoshida
    • Journal Title

      The 2002 Workshop on the Solution of Partial Differential Equations on the Sphere

      Pages: 5-6

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  • [Journal Article] CADデータで表現した複雑形状に対するAMR法の格子生成と可視化2002

    • Author(s)
      西田青示, 青木尊之
    • Journal Title

      日本機械学会2002年度年次大会講演論文集 02-1, I

      Pages: 19-20

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  • [Journal Article] 計算力学の立体的可視化技術とその効果2002

    • Author(s)
      青木尊之
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      日本機械学会2002年度年次大会・講演論文集 02-1, VIII

      Pages: 67-68

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  • [Journal Article] IDO法によるLMR(Local Mesh Refinement)を用いた非圧縮性流体の高精度計算2002

    • Author(s)
      今井陽介, 青木尊之
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      日本機械学会・第15回計算力学講演会,講演論文集 02,02

      Pages: 441-442

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  • [Journal Article] スペクトル法の精度に迫るIDO法乱流DNS計算2002

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      小原徹也, 青木尊之, 店橋護
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      日本機械学会・第15回計算力学講演会,講演論文集 02,02

      Pages: 555-556

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    • Author(s)
      出口洋平, 青木尊之
    • Journal Title

      日本機械学会・第15回計算力学講演会,講演論文集 02,02

      Pages: 531-532

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    • Author(s)
      Takayuki Aoki, Tetsuya Kobara, Mamoru Tanahashi
    • Journal Title

      5th China-Japan Workshop on Turbulent Flows, Tianjin, China 5

      Pages: 1-2

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    • Author(s)
      今井陽介, 青木尊之
    • Journal Title

      第16回数値流体シンポジウム・講演要旨集 16

      Pages: 108-108

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      加藤香, 青木尊之, 吉田正典, 久保田士郎
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      第16回数値流体シンポジウム・講演要旨集 16

      Pages: 81-81

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      小原徹也, 青木尊之, 店橋護
    • Journal Title

      第16回数値流体シンポジウム・講演要旨集 16

      Pages: 191-191

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      K.Sakurai, T.Aoki, W.H.Lee, K.Kato
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      Comput.Math.Appl. Vol.43

      Pages: 621-630

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      Takayuki Aoki, Tetsuya Kobara, Mamoru Tanahashi
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      5th China-Japan Workshop on Turbulent Flows, Tianjin, China Vol.5

      Pages: 1-2

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      Takayuki Aoki, Hiroshi Yoshida
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      K.Kato, T.Aoki, T.Sekine
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      Pages: 25-30

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      110002932483

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      T.Aoki, S.Nishita, K.Sakurai
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      Comput.Fluid Dynamics Journal Vol.9,No.4

      Pages: 406-417

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      K.Kato, T.Aoki, T.Sekine
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      Jpn.J.Appl.Phys. Vol.40,Part.1,No.2B

      Pages: 1076-1079

    • NAID

      10006615919

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    • Author(s)
      K.Sakurai, T.Aoki
    • Journal Title

      Comput.Fluid Dynamics Journal Vo.10,No.1

      Pages: 76-84

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  • [Journal Article] A Numerical Procedure to Evolving Contact Discontinuity by using Moving Cut-Cell Method2001

    • Author(s)
      K.Sakurai, T.Aoki
    • Journal Title

      Comput.Fluid Dynamics Journal Vo.10,No.1

      Pages: 85-95

    • Description
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  • [Journal Article] 3D Simulation for Falling Papers2001

    • Author(s)
      T.Aoki
    • Journal Title

      Comput.Phys.Comm. Vol.142,No.1-3

      Pages: 326-329

    • Description
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  • [Journal Article] Numerical Simulation for Fluid Interaction with Moving Materials2001

    • Author(s)
      T.Aoki
    • Journal Title

      The First Taiwan-Japan Workshop on Mechanical and Aerospace Engineering, Taiwan

    • Description
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  • [Publications] 青木尊之: "Numerical scheme for moving body interacting with fluid"Proceedings of 2nd MIT conf.on Computational Fluid and Solid Mechanics. Vol.2,No.2. 1237-1239 (2003)

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  • [Publications] 今井陽介, 青木尊之, 小原徹也: "IDO法による弾性壁を考慮した血流シミュレーション"日本機械学会2003年度年次大会・講演予稿集. Vol.3-1,No.VII. 25-26 (2003)

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  • [Publications] T.Utsumi, J.Koga, T.Yabe, Y.Ogata, E.Matsunaga, T.Aoki, M.Sekine: "Basis Set Approach in the Constrained Interpolation Profile Method"Research Report of National Institute for Fusion Science. Vol.NIFS-778. (2003)

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  • [Publications] T.Aoki, K.Kato, T.Kobara, M.Yoshida, M.Tanahashi: "Compressible and Incompressible Turburence Simulation by IDO scheme"Japan-Russia Seminar on Turbulence and Instabilities. Vol.3. 14-15 (2003)

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  • [Publications] 青木尊之, 肖 鋒: "マルチメジャーを用いた計算手法(CIP法、IDO法)"計算工学. Vol.8,No.4. 18-21 (2003)

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  • [Publications] 青木尊之: "レイトレーシングによる計算力学の可視化と簡易立体視"第16回計算力学講演会・講演論文集. Vol.03,No.26. 27-28 (2003)

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  • [Publications] 青木尊之: "直交格子をベースとした弱連成解法"第16回計算力学講演会・講演論文集. Vol.03,No.26. 33-34 (2003)

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  • [Publications] 佐分利 禎, 青木尊之, 今井陽介: "高精度波動計算手法の開発"第17回数値流体シンポジウム・講演予稿集. (CD-ROM). 111 (2003)

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  • [Publications] 出口洋平, 青木尊之: "IDO法を用いた潮汐流れの高精度数値シミュレーション"第17回数値流体シンポジウム・講演予稿集. (CD-ROM). 208 (2003)

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  • [Publications] T.Utsumi, T.Yabe, J.Koga, T.Aoki, T.Sekine: "Accurate basis set by the CIP method for the solutions of the Schrodinger equation"Computer Physics Communications. Vol.157,No.2. 121-138 (2004)

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  • [Publications] 藤田幸多雄, 今井陽介, 青木尊之: "粒子モデルによるミクロ血流シミュレーション"日本機械学会・第16回バイオエンジニアリング講演会予稿集. Vol.03,No.38. 231-232 (2004)

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  • [Publications] 今井陽介, 青木尊之, 池平博夫: "脳血管に対する流体-構造連成イメージベースト血流シミュレーション"日本機械学会・第16回バイオエンジニアリング講演会予稿集. Vol.03,No.38. 235-236 (2004)

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  • [Publications] 吉田浩, 青木尊之, 内海隆行: "ルンゲクッタ時間積分を用いた局所補間微分オペレータ(IDO)法による双曲型方程式解法の計算精度と数値安定性の向上"電子情報通信学会論文誌A. J86-A,[3]. 223-231 (2003)

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  • [Publications] 今井陽介, 青木尊之, 小原徹也: "IDO法によるLMR(Local Mesh Refinement)を用いた血流シミュレーション"日本機械学会第15回バイオエンジニアリング講演集. 15. 167-168 (2003)

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  • [Publications] 加藤香, 青木尊之, 吉田正典, 久保田士郎: "極端密度・圧力比の初期条件に対する爆風シミュレーション"第16回数値流体シンポジウム・講演要旨集. 16. 81 (2002)

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  • [Publications] K.Sakurai, T.Aoki: "Poisson Equation Solver with Fourth-order Accuracy by using Interpolated Differential Operator Scheme"Comp.Math.Appl.. 43. 621-630 (2002)

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  • [Publications] 青木尊之, 肖鋒: "複雑形状の複雑でない計算法"情報処理. Vol.42, No.6. 551-558 (2002)

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Published: 2001-04-01   Modified: 2016-04-21  

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