計算力学と電気生理学の統合的解析による消化器系バイオメカニクスの開拓

• 研究課題/領域番号: 17H02075
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 神戸大学 (2018-2020); 東北大学 (2017)
• 研究代表者: 今井 陽介 神戸大学, 工学研究科, 教授 (60431524)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2019年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2018年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 消化器系バイオメカニクス / 計算バイオメカニクス / 計算力学 / 生体シミュレーション / 医工学

研究成果の概要

数値流体力学，医用画像，電気生理学を用いて，胃・幽門・十二指腸における食物流動の計算モデルを開発した．胃と幽門の運動機能が適切に協調しないことによって，排出速度遅延や十二指腸から胃への逆流が生じることを示した．また，高齢者などにおいて胃体部のスローウェーブの伝播速度が変化しており，これが排出速度に影響を与えている可能性を示した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

潰瘍や癌がないにも関わらず胃痛や胸やけを訴える疾患を「機能性ディスペプシア」と呼び，消化管運動障害がその原因と考えられている．しかしながら，胃内部の食物流動を観察することは困難であり，消化管運動と食物流動の関係は十分明らかでない．本研究では，胃内部で生じる食物流動のコンピュータシミュレーション（数値流体力学解析）を実現した．

研究成果

• [国際共同研究] オークランド大学(ニュージーランド)
• [国際共同研究] オークランド大学(ニュージーランド)
• [国際共同研究] オークランド大学(ニュージーランド)
• [国際共同研究] オークランド大学(ニュージーランド)
• [雑誌論文] The influence of interstitial cells of Cajal loss and aging on slow wave conduction velocity in the human stomach (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang Tim Hsu‐Han、Angeli Timothy R.、Ishida Shunichi、Du Peng、Gharibans Armen、Paskaranandavadivel Niranchan、Imai Yohsuke、Miyagawa Taimei、Abell Thomas L.、Farrugia Gianrico、Cheng Leo K.、O’Grady Gregory
  • 雑誌名: Physiological Reports 巻: 8 号: 24
  • DOI: 10.14814/phy2.14659
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantification of gastric emptying caused by impaired coordination of pyloric closure with antral contraction: a simulation study (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishida S, Miyagawa T, O'Grady G, Cheng LK, Imai Y
  • 雑誌名: J Roy Soc Interface 巻: 16 号: 157 ページ: 20190266-20190266
  • DOI: 10.1098/rsif.2019.0266
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shear viscosity of bimodal capsule suspensions in simple shear flow (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, D. Matsunaga, Y. Imai
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 4 号: 11 ページ: 113601-113601
  • DOI: 10.1103/physrevfluids.4.113601
  • 査読あり
• [雑誌論文] A computational fluid dynamics simulation of liquid swallowing by impaired pharyngeal motion: bolus pathway and pharyngeal residue (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohta Jun、Ishida Shunichi、Kawase Tetsuaki、Katori Yukio、Imai Yohsuke
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology 巻: 317 号: 6 ページ: G784-G792
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00082.2019
  • 査読あり
• [学会発表] Computation of complex physiological flows (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai Y
  • 学会等名: Osaka University MEI-Center Summer School 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 体の中の複雑な流れを計算する (2018)
  • 著者名/発表者名: 今井陽介
  • 学会等名: 第90回バイオメクフォーラム（豊中市）
  • 招待講演
• [学会発表] 体の中の流れを計算する (2018)
  • 著者名/発表者名: 今井陽介
  • 学会等名: 第14回東北大学REDEEMシンポジウム（東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] 胃の中の流れを計算する (2018)
  • 著者名/発表者名: 今井陽介
  • 学会等名: 第50回生物機械システム研究会（豊中市）
  • 招待講演
• [学会発表] Relationship between gastric wall motility and mixing of liquid foods in the stomach (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyagawa, T., Ishida, S., O’Grady, G., Cheng, L., and Imai, Y.
  • 学会等名: 8th World Congress on Biomechanics, Dublin, Ireland
  • 国際学会
• [学会発表] 胃の撹拌・排出の計算力学解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田駿一，宮川泰明，Gregory O’Grady, Leo K. Cheng, 今井陽介
  • 学会等名: 第31回計算力学講演会（徳島市）
• [学会発表] 実形状モデルを用いた胃内流動の数値計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田駿一，宮川泰明，Gregory O’Grady, Leo K. Cheng, 今井陽介
  • 学会等名: 第32回数値流体力学シンポジウム（東京都）
• [学会発表] 胃内容物の撹拌・排出の数値シミュレーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田駿一，宮川泰明，Gregory O’Grady, Leo K. Cheng, 今井陽介
  • 学会等名: 第31回バイオエンジニアリング講演会（郡山市）
• [学会発表] 胃から十二指腸への食物排出の数値計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 今井陽介，石田駿一，宮川泰明，O'Grady Gregory，Cheng Leo K.
  • 学会等名: 第22回計算工学講演会（さいたま市）
• [学会発表] 細胞の流動・接着や消化器系流れの数値流体力学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 今井陽介
  • 学会等名: 産業技術総合研究所 計算バイオメカニクスに関する研究交流会（つくば市）
  • 招待講演
• [学会発表] 胃における蠕動運動と流れの関係についての一考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮川泰明，石田駿一，O'Grady Gregory, Cheng Leo K., 今井陽介
  • 学会等名: 日本機械学会第30回計算力学講演会（東大阪市）
• [学会発表] 生体内の流れを計算する (2017)
  • 著者名/発表者名: 今井陽介
  • 学会等名: 秋田県立大学特別講義（由利本荘市）
  • 招待講演
• [図書] Integrated Nano-Biomechanics (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, T., Ishikawa, T., and Imai, Y. Editors
  • 総ページ数: 314
  • 出版者: Elsevier
• [図書] Frontiers in Computational Fluid-Structure Interaction and Simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Tezduyar, T. Editor
  • 総ページ数: 480
  • 出版者: Springer
• [備考] Advanced Fluid Engineering Lab
  • URL: http://www.lab.kobe-u.ac.jp/eng-afe/index.html