| 研究課題/領域番号 |
19H01175
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分90:人間医工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
和田 成生 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (70240546)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)
2022年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2021年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2020年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
2019年度: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)
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| キーワード | Cerebral circulation / Blood flow / Biomedical Engineering / Personalized medicine / Computational mechanics / Interstitial flow / Cerebro-spinal flow / 脳血流 / 側副血行路 / 脳脊髄液流れ / 脳微小循環 / 画像計測 / 連続体力学 / 数値シミュレーション / 脳循環 / 血流 / 物質輸送 / 脳脊髄液 / 脳血管障害 / 血流シミュレーション / 血管網構造 / 正常圧水頭症 / MRI計測 / 脳代謝 / 脳メカニクス / 全脳循環モデル / 計算力学シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
臓器の形態と解剖学的構造，流体と構造の連成，構成要素の階層性や応答など，生体特有の複雑な力学的特性を考慮した連続体力学に基づいて，全脳の血液循環，脳組織の変形と細胞間質液の流動，脳神経活動に必要な酸素と代謝基質の輸送，老廃物の排出を担う脳脊髄液の循環の時空間場における物理的連立関係を数値シミュレーションにより明らかにする．これにより，正常な脳機能が維持されるための全脳循環代謝動態とそれを引き起こすメカニズムを解明し，力学的平衡状態を崩す脳出血や脳梗塞などの脳血管障害において，医用画像で観察される現象や病態を物理的側面から分析する．
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| 研究成果の概要 |
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，頭部骨格系，脳循環系，脳実質細胞組織系の形態と解剖学的構造を再現した連続体モデルを構築し，個人差や側副血行路を考慮した血流解析，脳微小循環における血流と間質流れの連成解析，脳脊髄液流れと物質輸送解析，脳内水循環メカニズムの解明に向けたシミュレーション画像データ解析を行なった．これにより，全脳レベルの血液循環および脳脊髄液循環に対して，脳内の時空間場における物理的連立関係を明らかにした．また，脳梗塞や正常圧水頭症患者の医用画像データを用いて，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，医学への応用を図るための知見を得た．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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