| 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 |
交付 (2022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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| 研究実績の概要 |
R4年度の研究では、開発してきた高速かつ高精度呼吸系シミュレーション手法を改良し完成させながら、臨床応用を行った。呼吸器疾患COPD、気管支喘息の治療の際に呼吸機能の指標から患者の重症度を評価する必要がある。従来はスパイロメータ ーという測定器を用いて、肺機能の検査結果を基準に診断を行ってきた。しかしスパイロメーターでは、気道の局所的なデータを得ることができない。 そこで、研究分担者の呼吸器内科専門医の指導の下、健常者、COPD、喘息、 ACO患者の CT 画像から気管支モデルを作成したのち気道本数を算出し、開発したシミュレーション手法で気管支気流解析を行い、解析結果で得られた流体力学的データと肺機能との相関性を検討し、細気管支の気道本数と平均流速が有効な診断指標となる可能性を示した。また、気管支モデルは気道付近での複雑な流れ場を再現するために三次元モデルとし、以降を簡易的な一次元パイプ モデルとした手法により、。COPD の病態を考慮した条件の下、肺の変形と気管支気流の連成解析を行ない、肺気腫が呼吸機能に及ぼす影響について検討した。さらに、健常者と呼吸器疾患患者の横隔膜換気運動の違いに着目し、CT画像から作成したモデルに対して画像解析を行い、横隔膜各グループでの表面積を求めるとともに、呼吸系シミュレーションによる横隔膜運動シミュレーションを行い、静止状態では得られない面積の収縮率を取得し、これらと肺活量などの呼吸生理データとの関係を解析することにより、横隔膜運動と呼吸器疾患の相関関係を解明し、疾患による特徴を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
予定通り、高速かつ高精度呼吸系シミュレーションプログラムを完成し、解析システムを構築した。
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| 今後の研究の推進方策 |
R5年度では、解析例を増やし、成果をまとめて、国際会議や学術誌で発表する予定である。
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