| 研究課題/領域番号 |
21K04200
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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21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 東洋大学 |
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研究代表者 |
河合 浩志 東洋大学, 総合情報学部, 教授 (00616443)
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| 研究分担者 |
武居 周 宮崎大学, 工学部, 准教授 (40598348)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 高周波電磁界解析 / 連成解析 / 温熱療法シミュレーション / 大規模計算 / 領域分割法 / PUFEM / 音響解析 / メッシュ生成 / 並列有限要素法 / ハイパーサーミア / Full-Wave電磁界解析 / 高性能計算 / 電磁界解析 / 数値人体モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまで推進してきた電磁界解析ー熱伝導解析の並列大規模マルチフィジックス計算の研究開発をもとに、強力集束超音波 （High Intensity Focused Ultrasound: HIFU）も対象とする、患者固有の高精細な人体解剖データを直接用いることが可能な、癌温熱療法（ハイパーサーミア）シミュレータを開発する。そのために、Partition-of-Unity FEM (PUFEM) による高精度かつ高速な電磁界の数値解析手法を提案し、また、電磁界、超音波、熱伝導解析向けの領域分割型並列計算ライブラリにより各物理計算機能を統一的に構築することで、マルチフィジックス人体計算を実現する。
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| 研究成果の概要 |
電磁界-熱伝導連成解析手法の構築に関しては，電磁界-熱伝導の双方向連成解析フレームワークを構築し，動作確認の結果問題なく動くことが解った．ただし，人体の熱伝導の非線形性をどこまで現実のものに近づけるかという課題が残された．
辺要素有限要素法に対するPUFEMの導入に関しては，電磁界問題に適用するための準備として波動音響問題に対するPUFEMを提案し，構築した．精度検証の結果，構築したコードは適切に動作していることがわかった．現在辺要素形状関数に対するPUFEM構成を検討中であるが，必要となる節点配置が四面体要素に対して非対称となることが判明した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
電磁界-熱伝導の高速連成計算は計算科学上の課題としてもっとも重要なトピックのひとつとみなされており，本研究課題の遂行により、研究のが定度進展し、当該分野に対して貢献できた．また，辺要素有限要素法に対するPUFEMは本分野における未解決課題となっていたが，適用に向けてある程度の道筋を立てることができた．現在日本の高齢化社会において，癌温熱療法の高度化は社会的課題であり，電磁界・超音波収束それぞれにおいて，治療の事前予測が可能であることが判明し，ハイパーサーミアを用いた癌温熱療法が患部に対する高収束化の可能性により、治療高度に向けた一歩を本研究により進めることができた．
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