| 研究課題/領域番号 |
20K11852
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分60100:計算科学関連
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| 研究機関 | 山口大学 |
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研究代表者 |
陳 献 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70313012)
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| 研究分担者 |
平野 綱彦 山口大学, 医学部附属病院, 准教授 (00382333)
Jiang Fei 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (60734358)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 呼吸シミュレーション / 生体力学 / 流体構造連成解析 / 有限要素法 / 格子ボルツマン法 / GPGPU / 呼吸系 / 気流 / シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、① 高速気管支流体構造連成解析；② 肺実質微細構造気流解析；③ 高精度マルチスケール気流解析の課題を解決することにより、高精度かつ高速な呼吸系気流シミュレーション手法の開発を行う。さらに既開発の胸郭・肺変形シミュレーションと統合することにより呼吸系生体力学シミュレーションを実現し、これにより呼吸系疾患における呼吸障害の病因特定や治療効果予測が可能となり、個々人の呼吸系疾患の診断と治療（個別化医療）を支援する強力な手段を提供できる。
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| 研究成果の概要 |
有限要素法による気管支変形解析と格子ボルツマン法による気管支気流解析の連成に関する高精度仮想構造法を開発した。本手法は並列計算に適しているため、GPGPUの並列実装による高い計算効率が得られた。困難な気管支モデルの構築では、自動検出アルゴリズムを提案し、高速ボクセルメッシュの構築手法を開発した。さらに、気管支に関しては流体構造連成解析、細気管支に関しては管内気流解析、肺実質微細構造に関しては多孔質体内気流解析を行い、高精度マルチスケール気流解析手法を開発した。また、患者別横隔膜の形態解析結果と呼吸生理データとの関係を解析し，呼吸機能評価指標を開発するアプローチを確立した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
並列計算により臨床上実用的高速気管支流体構造連成解析、細気管支・肺胞の階層性・区画性を反映した肺実質微細構造気流解析、3D気管支流体構造連成解析・0D肺実質微細構造気流解析・1D気管支気流解析を連結するマルチスケール気流解析を実現することにより、これまでの枠組みを超えた呼吸系気流シミュレーション手法が生まれ、さらに胸郭・肺変形シミュレーション手法と統合することにより、呼吸過程における生体力学現象を解明できる呼吸系生体力学シミュレーションシステムを構築でき、個々人の呼吸系疾患の診断と治療（個別化医療）を支援する強力な手段の創出につながり、呼吸器疾患の診断と治療における革新をもたらす可能性がある。
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