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心臓および脳血管病の発症と進展メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 15086204
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

山口 隆美  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30101843)

研究分担者 石川 拓司  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20313728)
坪田 健一  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10344045)
今井 陽介  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60431524)
和田 成生 (和田 茂生)  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (70240546)
研究期間 (年度) 2003 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
32,000千円 (直接経費: 32,000千円)
2006年度: 7,800千円 (直接経費: 7,800千円)
2005年度: 7,800千円 (直接経費: 7,800千円)
2004年度: 7,800千円 (直接経費: 7,800千円)
2003年度: 8,600千円 (直接経費: 8,600千円)
キーワード血流 / 計算生体力学 / 流体-固体相互作用 / 粥状動脈硬化症 / 脳動脈瘤 / 粒子法 / 心室内渦 / 一次血栓 / 循環器系 / 生体力学 / 数値シミュレーション / 心臓 / 血管 / 心臓血管病 / 動脈硬化 / 血管壁 / 流体-固体連成解析 / 大規模並列解析 / 心臓・脳血管病 / 発症と進展メカニズム / 流体-個体速成計算 / 生物・生体工学 / ハイパフォーマンスコンピューティング / 流体 / 循環器・高血圧
研究概要

血管におけるマルチスケール/マルチフィジックスの生体力学現象を統合する計算力学アプローチにより,ヒト循環系内の複雑な流れの中の特殊な部位において粥状動脈硬化や動脈瘤が発症・進展し,生命に重篤な危機を及ぼす心筋梗塞や脳卒中,動脈瘤破裂を引き起こすメカニズムを解明するため、医用画像から心臓血管系の形態を抽出してモデル化するソフトウエアを開発し、これに基づき、実形状の血管系について流体力学的計算解析を行うことを目的として研究を実施した。このため、収縮・弛緩する左心室と大動脈および主要分枝のリアリスティックモデルを開発し、その内部の流れを可視化した。また、血管壁・血球などの有形の構造・成分と、血漿などの流体成分の力学的相互作用を解析するために、各種の粒子法による離散的方法を開発し、ミクロレベルにおける流体・固体相互作用を解析した。さらに、質点・バネモデルなどにより成長現象を組み込んだ血管壁モデルと、血流計算を連成することにより、動脈瘤などの発生過程をモデルした。これらから得られる複雑形状の動脈瘤モデルについて、内部の流れとATPなど低分子物質の輸送現象を連成解析した。
この結果、心臓内の流れの乱れや、旋回流、さらに弁口の形状による複雑な流れの影響は、大動脈弓の頂上付近で、ほとんど消失するので、我々が提案している部分的モデリングの技法が有効であることが示された。また、血小板血栓(一次血栓)の形成におけるvWF(von Willebrand Factor)および血小板と血管壁に存在するGP(糖タンパク)レセプタの力学的性質による血小板血栓の形成過程の変化を明らかにした。また、脳動脈瘤の形成における、血管壁の脆弱化の影響を血流との関係で見積もることが可能となり、さらに、これに関与する物質輸送の意義が明らかになった。

報告書

(5件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2007 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (38件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (8件) 図書 (6件)

  • [雑誌論文] Orientational relaxation time of bottom-heavy squirmers in a semi-dilute suspension2007

    • 著者名/発表者名
      T. Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology 249

      ページ: 296-306

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrodynamic interactions between two swimming bacteria2007

    • 著者名/発表者名
      T. Ishikawa
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 93

      ページ: 2217-2225

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In vitro confocal micro-PIV measurements of blood flow in a square microchannel: The effect of the haematocrit on instantaneous velocity profiles2007

    • 著者名/発表者名
      R. Lima
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics 40

      ページ: 2752-2757

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of intra-aortic flow disturbance by the fluid momentum index: Effect of the left ventricular systolic function on the hemodynamics in the aorta2007

    • 著者名/発表者名
      M. Nakamura
    • 雑誌名

      Technology and Health Care 15

      ページ: 111-120

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of destruction process of the primary thrombus under the influence of the blood flow2007

    • 著者名/発表者名
      K. Yano
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 2

      ページ: 34-44

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of wall motion on arterial wall shear stress2007

    • 著者名/発表者名
      T. Fukui
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 2

      ページ: 58-68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In vitro confocal micro-PIV measurements of blood flow in a square microchannel : The effect of the haematocrit on instantaneous velocity profiles2007

    • 著者名/発表者名
      R. Lima
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics 40

      ページ: 2752-2757

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of intra-aortic flow disturbance by the fluid momentum index : Effect of the left ventricular systolic function on the hemodynamics in the aorta2007

    • 著者名/発表者名
      M. Nakamura
    • 雑誌名

      Technology and Health Care 15

      ページ: 111-120

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Computational approaches to hemodynamics analysis from micro to macro scales2007

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 雑誌名

      Future Medical Engineering Based on Bionanotechnology Proceedings of the Final Symposium of the Tohoku University 21st Century Center of Excellence Program

      ページ: 869-878

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Biomechanics at Micro- and Nanoscale Levels2007

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Wada
    • 雑誌名

      World Scientific, Singapore Volume IV

      ページ: 30-140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Numerical simulation of a low-hematocrit blood flow in a small artery with stenosis2007

    • 著者名/発表者名
      T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 2

      ページ: 12-22

    • NAID

      130000079520

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Computational analysis of blood flow in an integrated model of the left ventricle and the aorta2006

    • 著者名/発表者名
      M. Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Engineering 128

      ページ: 837-843

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation study on effects of hematocrit on blood flow properties using particle method2006

    • 著者名/発表者名
      K. Tsubota
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 1

      ページ: 159-170

    • NAID

      130000079539

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] From passive motion of capsules to active motion of cells2006

    • 著者名/発表者名
      D. Barthes-Biesel
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 1

      ページ: 51-68

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational blood flow analysis -New trends and methods2006

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 1

      ページ: 29-50

    • NAID

      130000079530

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Particle method for computer simulation of red blood cell motion in blood flow2006

    • 著者名/発表者名
      K. Tsubota
    • 雑誌名

      Computer Methods and Programs in Biomedicine 83

      ページ: 139-146

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A particle method for blood flow simulation, -Application to flowing red blood cells and platelets -2006

    • 著者名/発表者名
      K. Tsubota
    • 雑誌名

      Journal of the Earth Simulator 5

      ページ: 2-7

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation study on effects of hematocrit on blood flow using properties particle method2006

    • 著者名/発表者名
      K. Tsubota
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 1

      ページ: 159-170

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Practical method for computer simulation of red blood cell motion in blood flow2006

    • 著者名/発表者名
      K. Tsubota
    • 雑誌名

      Computer Methods and Programs in Biomedicine 83

      ページ: 139-146

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A particle method for blood flow simulation, - Application to flowing red blood cells and platelets -2006

    • 著者名/発表者名
      K. Tsubota
    • 雑誌名

      Journal of the Earth Simulator 5

      ページ: 2-7

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Biomechanics at Micro- and Nanoscale Levels2006

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Wada
    • 雑誌名

      World Scientific, Singapore Volume II

      ページ: 132-140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Computational Analysis of Blood Flow in an Integrated Model of the Left Ventricle and the Aorta2006

    • 著者名/発表者名
      M.Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Engineering 128

      ページ: 837-843

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Computational Blood Flow Analysis-New Trends and Methods2006

    • 著者名/発表者名
      T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 1

      ページ: 29-50

    • NAID

      130000079530

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] From passive motion of capsules to active motion of cells2006

    • 著者名/発表者名
      D.Barthes-Biesel
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 1

      ページ: 51-68

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Confocal micro-PIV measurements of three-dimensional profiles of cell suspension flow in a square microchannel2006

    • 著者名/発表者名
      R.Lima
    • 雑誌名

      Meas. Sci. and Tech. 17

      ページ: 797-808

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Simulation Study on Effects of Hematocrit on Blood Flow Properties Using Particle Method2006

    • 著者名/発表者名
      K.Tsubota
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering 1

      ページ: 159-170

    • NAID

      130000079539

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 心臓・血管系の臨床医療を支援する生体力学シミュレーションシステム2006

    • 著者名/発表者名
      山口隆美
    • 雑誌名

      血管医学Vascular biology & Medicine 7巻1号

      ページ: 97-103

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Biomechanics at Micro- and Nanoscale Levels2005

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Wada
    • 雑誌名

      World Scientific, Singapore Volume I

      ページ: 134-143

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Dynamical behavior of elastic red blood cells in flowing blood : Computer simulation study2005

    • 著者名/発表者名
      S.Wada, M.Sato, K.Tsubota, T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Biorheology 42巻1,2号

      ページ: 25-25

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Computational biomechanics of the cardiovascular system2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Modelling in Medicine and Biology VI 6号

      ページ: 381-388

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantitative Measurements on the Human Ascending Aortic Flow Using 2D Cine Phase-Contrast Magnetic Resonance Imaging2005

    • 著者名/発表者名
      S.Yokosawa, M.Nakamura, S.Wada, H.Isoda, H.Takeda, T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      JSME International Journal SERIES C, Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing 48巻4号

      ページ: 459-467

    • NAID

      110004826665

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Correlation of Hemodynamic Events with Clinical and Pathological Observations2005

    • 著者名/発表者名
      Baruch B.Lieber, M.Siebes, T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Annals of Biomedical Engineering 33巻12号

      ページ: 1695-1703

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Application of Computational Biomechanics to Clinical Cardiovascular Medicine2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Biomechanics at Micro- and Nanoscale Levels

      ページ: 134-143

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 左心室拡張機能とカラーMモード・ドップラ画像との関係(三次元CFDモデルによる計算力学的検討)2004

    • 著者名/発表者名
      中村匡徳, 和田成生, 三神大世, 山口隆美
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編 70・697

      ページ: 100-107

    • NAID

      110004998826

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Growth of Intracranial Aneurysms Arised from Curved Vessels under the Influence of Elevated Wall Shear Stress - A Computer Simulation Study2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Feng, S.Wada, K.Tsubota, T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      JSME International Joural, Series C Vol.47 No.4

      ページ: 1035-1042

    • NAID

      110004820833

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Patient Record Information System (PaRIS) for primary health care centers in Indonesia2004

    • 著者名/発表者名
      Iwan Tutuka Pambudi, T.Hayasaka, K.Tsubota, S.Wada, T.Yamaguchi
    • 雑誌名

      Technology and Health Care Vol.12 No.4

      ページ: 347-357

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] イメージペースト連成バイオメカニクスに関する我が国の研究動向2004

    • 著者名/発表者名
      吉川暢宏, 安達泰治, 大島まり, 鈴木克幸, 山口隆美
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編 70・697

      ページ: 3-8

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Blood Flow in a Vessel with Asymmetric Aneurysm2004

    • 著者名/発表者名
      B.V.Rathish KUMAR, Takami Yamaguchi, Hao LIU, Ryutaro HIMENO
    • 雑誌名

      Int.J. of Applied Mechanics and Engineering Vol.9 NO.3

      ページ: 505-521

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [学会発表] Comptational hemodynmics simulation from very small scale to large scale2006

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Biomedical Engineering(ISBME 2006)
    • 発表場所
      Bangkok, Thailand
    • 年月日
      2006-11-08
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Comptational hemodynmics simulation from very small scale to large scale2006

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Biomedical Engineering (ISBME 2006)
    • 発表場所
      Bangkok, Thailand
    • 年月日
      2006-11-08
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computational Biomechanics of the Cardiovascular System from Micro to MacroScales2006

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      7th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering (CMBBE2006)
    • 発表場所
      Antibe, France
    • 年月日
      2006-03-24
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computational Biomechanics of the Cardiovascular System from Micro to Macro Scales2006

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      7th International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering (CMBBE2006)
    • 発表場所
      Antibe, France
    • 年月日
      2006-03-24
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computational Biomechanics Applied to Cardiovascular Physiology and Medicine2005

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Biomedical Engineering
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2005-12-07
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computational Modeling and Mechanical Analysis of the Cardiovascular System for Clinical Application2005

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      The 2nd Asian Pacific Conference On Biomechanics
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2005-11-23
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computational Mechanical Study of the Blood Flow for the Application to Clinical Cardiovascular Medicine2004

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      Spring Workshop of Biomedical Engineering Society forCirculatory disorders
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2004-05-01
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computational Mechanical Study of the Blood Flow for the Application to Clinical Cardiovascular Medicine2004

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      Spring Workshop of Biomedical Engineering Society for Circulatory disorders
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2004-05-01
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [図書] Future Medical Engineering Based on Bionanotechnology Proceedings of the Final Symposium of the Tohoku University 21st Century Center of Excellence Program2007

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 出版者
      Imperial College Press
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [図書] Biomechanics at Micro- and Nanoscale levels, Vol. IV2007

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Wada
    • 出版者
      World Scientific Publishing
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [図書] Biomechanics at Micro- and Nanoscale levels, Vol. II2006

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Wada
    • 出版者
      World Scientific Publishing
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [図書] Future mdeical engineering based on bionanotechnology2006

    • 著者名/発表者名
      M.Esashi
    • 総ページ数
      1114
    • 出版者
      Imperial college press
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] NAVIGATOR 血栓症ナビゲーター2006

    • 著者名/発表者名
      T.Yamaguchi
    • 総ページ数
      317
    • 出版者
      メディカルレビュー社
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] Biomechanics at Micro- and Nanoscale levels, Vol. I2005

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Wada
    • 出版者
      World Scientific Publishing
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2018-03-28  

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