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脳動脈瘤の応力集中部の特定に向けた4D流体応力場計測システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K14646
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分19010:流体工学関連
研究機関名古屋工業大学 (2022-2023)
東京農工大学 (2020-2021)

研究代表者

武藤 真和  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30840615)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワード血行力学 / 流体計測 / 圧力計測 / 可視化技術 / 偏光計測 / 複屈折 / 高速度光弾性法 / 画像再構成 / 応力計測 / 光弾性法 / 脳血管障害 / 高分子 / レオロジー / 脳動脈瘤 / 光弾性
研究開始時の研究の概要

日本はクモ膜下出血の発症が世界的に高く,死亡者数は毎年1万人以上を超え,その約95%は血液の応力集中による脳動脈瘤の破裂が原因である.しかし,複雑形状を有するミリスケール瘤の流体応力場を実験的に計測する手法が確立されておらず,破裂メカニズムは未解明のままである.
本研究では上述の解決に向けて,申請者の提案する二次元非定常流体応力場の光学計測手法 (課題番号: 19K23483) を,三次元非定常計測へと拡張することで「4D (3 dimension + time) 流体応力場計測システム」を構築し,脈動流により非定常変動する瘤内部の応力集中部の三次元位置を特定することを最終目標とする.

研究成果の概要

本研究では,二次元非定常流体応力場の光学計測手法「高速度光弾性法」を拡張し,脈動流により非定常変動する脳動脈瘤内部の応力集中部の三次元位置を実験的に特定することを最終目標に掲げた.成果として,円管内を流れる模擬血液の三次元応力場を非定常計測できる「4D (3 dimension + time) 流体応力場計測システム」の構築に成功した.本手法は高速度偏光カメラとindex-matching法を複合しており,さらには得られた計測データに画像再構成手法を施すことで,円管の任意断面における二次元応力ベクトル場を可視化できる.

研究成果の学術的意義や社会的意義

流体応力場を実験的に非定常・非接触計測できる本計測手法の開発は,流速場計測を基盤に発展してきた流体力学分野に対して学術的および社会的に意義がある.本計測手法は,新たな流体計測技術として活用できるだけでなく,流体応力場計測データを基盤とした流体力学の学問を進展させるポテンシャルを秘めている.例えば,血行力学分野に限定した具体例として,くも膜下出血の原因となる脳動脈瘤の破裂機構の解明や,血液(非ニュートン流体)の応力構成方程式の開発などに貢献する.

報告書

(4件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (6件) (うちオープンアクセス 5件、 査読あり 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件) 図書 (1件) 備考 (8件)

  • [国際共同研究] University of Alberta(カナダ)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Tsinghua University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of chile(チリ)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Alberta(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Tsinghua University(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of chile(チリ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Integrated photoelasticity measurements of a three-dimensional laminar flow: second-order stress terms in the stress-optic law2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamine Kento、Yokoyama Yuto、Worby William、Muto Masakazu、Tagawa Yoshiyuki
    • 雑誌名

      Optica Open

      巻: -

    • DOI

      10.1364/opticaopen.21967049

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高分子ゲルおよび液体高分子の応力相互作用の高速度光弾性法による可視化技術の開発2023

    • 著者名/発表者名
      武藤真和, 小林和也
    • 雑誌名

      可視化情報学会誌

      巻: 43 ページ: 46-49

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 流動複屈折計測とインデックスマッチングを複合した円管内流体応力場計測手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      武藤真和, ウォービーK.A.ウィリアム, 中峰健登, 横山裕杜, 田川義之
    • 雑誌名

      日本流体力学会誌

      巻: 41 ページ: 383-386

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Unsteady rheo-optical measurements of uniaxially extending liquid polymers2022

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Muto, Yoshiyuki Tagawa
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 集束ジェットによる無針注射時発生応力と機械学習によるジェット速度安定性調査2022

    • 著者名/発表者名
      五十嵐大地,宮崎優太,鵜澤雅,河合脩真,YEE Jingzu,武藤真和,関口翔斗,田川義之
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 2

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Dynamic mechanical interaction between injection liquid and human tissue simulant induced by needle-free injection of a highly-focused microjet2021

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, Y., Usawa, M., Kawai, S., Yee, J., Muto, M., and Tagawa, Y.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 14544-14544

    • DOI

      10.1038/s41598-021-94018-6

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Photoelastic measurement and numerical investigation on viscous fingering2023

    • 著者名/発表者名
      Misa Kawaguchi, Harumi Yagi, Ryuta X. Suzuki, Masakazu Muto, Yuichiro Nagatsu, Yoshiyuki Tagawa
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Multiphase Flow (ICMF2023)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒト卵胞液の内部構造変化とせん断粘度の関係2023

    • 著者名/発表者名
      吉野辰哉, 菊地慶悟, 武藤真和, 村岡彩子, 岩田修一, 中村匡徳, 大須賀智子, 玉野真司
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部 第72期総会・講演
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 微少量生体サンプルの伸長粘度計測に向けた液滴落下装置の開発2023

    • 著者名/発表者名
      菊地慶悟, 吉野辰哉, 武藤真和, 村岡彩子, 岩田修一, 中村匡徳, 大須賀智子, 玉野真司
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部 第54回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Non-contact and non-steady rheo-optical measurement of hydrodynamic stress fields inside a cylindrical tube2022

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Muto, William Kai Alexander Worby, Kento Nakamine, Yuto Yokoyama, Yoshiyuki Tagawa
    • 学会等名
      20th International Symposium on Applications of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics (LISBON)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Three-Dimensional Measurement Of A Stress Field In A Rectangular Channel Flow Using A Photoelastic Method2022

    • 著者名/発表者名
      Kento Nakamine, Masakazu Muto, Yuto Yokoyama, Yoshiyuki Tagawa
    • 学会等名
      20th International Symposium on Applications of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics (LISBON)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 流動複屈折計測とインデックスマッチングを複合した円管内流体応力場計測手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      武藤真和, ウォービーウィリアム海アレクサンダー, 中峰健登, 横山裕杜, 田川義之
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 血液-血管応力相互作用の理解に向けた液体高分子と高分子ゲルの高速度光弾性法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      武藤真和, ウォービーウィリアム海アレクサンダー, 中峰健登, 小林和也, 田川義之
    • 学会等名
      日本実験力学会 2022年度年次講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 血液と血管の応力相互作用解明に向けた高速度光弾性法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      小林和也,中峰健登,ウォービーウィリアム海アレクサンダー,武藤真和,田川義之
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] クエット流動下における応力計測と高速度偏光カメラによる複屈折の同時計測手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      ウォービーウィリアム海アレクサンダー, 中峰健登, 横山裕杜, 武藤真和, 田川義之
    • 学会等名
      日本混相流学会 混相流シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 無針注射器の実現に向けた集束形状マイクロジェットと人体模擬組織の相互作用の実験的解明2022

    • 著者名/発表者名
      五十嵐大地,宮崎優太,鵜澤雅,河合脩真,Yee Jingzu,武藤真和,関口翔斗,田川義之
    • 学会等名
      日本機械学会 第99期 流体工学部門 講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of unsteady hydropdynamic stress field measurment method using photoelastic technique2021

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Muto, Yoshiyuki Tagawa
    • 学会等名
      ICTAM 2020+1 (The 25th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 血流応力場の実験計測に向けた高分子流体の光弾性法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      武藤真和, 中峰健登, 田川義之
    • 学会等名
      混相流シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 光弾性法による矩形管内層流の応力と偏光位相差の関係2021

    • 著者名/発表者名
      中峰健登, 武藤真和, 田川義之
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 集束マイクロジェットの射出および軟質材料貫入時の応力場計測2021

    • 著者名/発表者名
      関口翔斗, 宮崎優太, 鵜澤雅, 河合脩真, Yee Jingzu, 五十嵐大地, 武藤真和, 田川義之
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Measurement of Unsteady Stress Field of Extending Liquid Polymer2020

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Muto, Yoshiyuki Tagawa
    • 学会等名
      73rd Annual Meeting of the American Physical Society Division of Fluid Dynamics (APS DFD)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光弾性を利用した伸長状態下の高分子流体の流体応力場計測2020

    • 著者名/発表者名
      武藤 真和,田川 義之
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 矩形マイクロ流路内定常層流の理論応力場と実験計測2020

    • 著者名/発表者名
      中峰 健登,武藤 真和,田川 義之
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 集束形状型マイクロジェット貫入による軟質材料内応力場の可視化2020

    • 著者名/発表者名
      河合 脩真,宮崎 優太,武藤 真和,田川 義之
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] マイクロ・ナノ熱工学の進展2021

    • 著者名/発表者名
      マイクロ・ナノ熱工学の進展編集委員会 代表者 丸山茂夫 編集委員一同
    • 総ページ数
      808
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 流動複屈折計測とインデックスマッチングを複合した円管内流体応力場計測手法の開発

    • URL

      https://www.nagare.or.jp/download/noauth.html?d=41-6_383_tokushu2.pdf&dir=168

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 動的流体応力場の実験的可視化手法の開発

    • URL

      https://www.nagare.or.jp/download/noauth.html?d=38-6_tokushu8.pdf&dir=94

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 武藤真和 research map

    • URL

      https://researchmap.jp/mmuto/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
  • [備考] 複雑流体制御研究室(玉野・武藤研究室)

    • URL

      http://complex-fluids.web.nitech.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 研究者データシステム(名古屋工業大学)

    • URL

      https://researcher.nitech.ac.jp/html/100001061_ja.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 動的流体応力場の実験的可視化手法の開発

    • URL

      https://www.nagare.or.jp/download/noauth.html?d=38-6_tokushu8.pdf&dir=93

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
  • [備考] 田川義之研究室(所属研究室)WEBページ

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~tagawayo/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 田川義之研究室(所属研究室)WEBページ

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~tagawayo/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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