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2023 年度 実施状況報告書

生体流体力学から社会物理学を包含・統合した感染リスク評価手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K14371
研究機関九州大学

研究代表者

久我 一喜  九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (60905727)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード感染リスク評価 / Host cell dynamics / 飛沫拡散解析 / 数値人体モデル / 数理疫学モデル
研究実績の概要

呼吸器系の粘膜上皮に沈着したウイルス量を基にその後の増殖,生体防御反応を決定論的感染症モデルHost cell dynamics(宿主細胞,感染細胞,ウイルスRNA copiesと免疫因子の常微分方程式群)として定式化し,上気道粘膜内での3次元的なウイルス動態を明らかにする数理モデルを開発した.加えて,COVID-19のHuman challengeデータを基に数理モデルのモデルパラメータの最適化にも取り組んだ.これまで,鼻腔内でのウイルス動態に着目していたが,咽頭から気管にかけての気道領域におけるウイルス濃度予測にも展開した.加えて,感染者が咳をした際の突発噴流によって生成される咳飛沫の発生位置をオイラー液膜モデルを用いて,予測するとともに気道内粘液中でのウイルス濃度分布との統合により咳飛沫に含まれるウイルス濃度の予測も可能にしている.
さらに,室内環境中に在室している人々が接触し,咳などによって飛沫に暴露することを想定し,異なる対人距離での飛沫拡散および暴露解析を行った.様々な対人距離(0.7,0.9,1.1mなど)に加えて,感染者と非感染者の姿勢の違い(立位や座位)にも着目し,複数のケースでの曝露解析を実施し,感染防御のための適切な対人距離を明らかにした.
また,社会システム上での感染動態予測に対しては,年齢別の接触マトリックスをもとにした数理疫学モデルを構築し,年齢別の潜在的な感染リスクの予測を進めた.

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

特に大きな変更点や問題無く,当初の研究計画に従って研究を推進している.既に,本研究に関連する研究分野ではトップジャーナルとなるComputer Methods and Programs in BiomedicineならびにPLOS Computational Biolodyなどに複数の研究成果も公表されており,順調に研究が進展していると判断している.

今後の研究の推進方策

今後は,人間でのウイルス感染に限らず,サルなどの実験動物に数理モデルを適用し,人間との比較を行ったうえで,スケーリング則を検討する.更に咳によって生成された飛沫の輸送挙動の高精度化に向けて,詳細な口腔形状を持つ数値人体モデルでの飛沫拡散解析を行い飛沫暴露予測を実施していく.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Effect of crowd density, wind direction, and air temperature on the formation of individual human breathing zones in a semi-outdoor environment2024

    • 著者名/発表者名
      Abouelhamd Islam.M.S.、Kuga Kazuki、Yoo Sung-Jun、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Sustainable Cities and Society

      巻: 103 ページ: 105274~105274

    • DOI

      10.1016/j.scs.2024.105274

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In silico identification of viral loads in cough-generated droplets ? Seamless integrated analysis of CFPD-HCD-EWF2024

    • 著者名/発表者名
      Li Hanyu、Khoa Nguyen Dang、Kuga Kazuki、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Computer Methods and Programs in Biomedicine

      巻: 246 ページ: 108073~108073

    • DOI

      10.1016/j.cmpb.2024.108073

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Aspiration efficiency and respiratory tract deposition of indoor suspended micro-particles during steady and transient breathings2024

    • 著者名/発表者名
      Kuga Kazuki、Kizuka Ryusei、Abouelhamd Islam M.S.、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 249 ページ: 111114~111114

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.111114

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integration of computer-simulated persons with multi-node thermoregulation model that considers the effect of clothing for skin surface temperature distribution analysis2024

    • 著者名/発表者名
      Park Hyungyu、Yoo Sung-Jun、Seo Janghoo、Eisaku Sumiyoshi、Hiroshi Harashima、Kuga Kazuki、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 248 ページ: 111105~111105

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.111105

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coupled Eulerian Wall Film?Discrete Phase model for predicting respiratory droplet generation during a coughing event2023

    • 著者名/発表者名
      Khoa Nguyen Dang、Kuga Kazuki、Inthavong Kiao、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 35 ページ: 0

    • DOI

      10.1063/5.0174014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A pilot numerical study of odorant transport to the olfactory region during sensory evaluations following ISO 16000-282023

    • 著者名/発表者名
      Kuga Kazuki、Hoshiyama Sara、Wargocki Pawel、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 245 ページ: 110868~110868

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.110868

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Seamless numerical analysis of transient infectious droplet dispersion and inhalation exposure - In silico study2023

    • 著者名/発表者名
      Nishihara Takumi、Li Hanyu、Kuga Kazuki、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 244 ページ: 110748~110748

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.110748

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of probabilistic size of breathing zone during single inhalation phase in semi-outdoor environmental scenarios2023

    • 著者名/発表者名
      Abouelhamd Islam、Kuga Kazuki、Yoo Sung-Jun、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 243 ページ: 110672~110672

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.110672

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visual prediction and parameter optimization of viral dynamics in the mucus milieu of the upper airway based on CFPD-HCD analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Li Hanyu、Kuga Kazuki、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Computer Methods and Programs in Biomedicine

      巻: 238 ページ: 107622~107622

    • DOI

      10.1016/j.cmpb.2023.107622

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational fluid-particle dynamics modeling of ultrafine to coarse particles deposition in the human respiratory system, down to the terminal bronchiole2023

    • 著者名/発表者名
      Khoa Nguyen Dang、Li Sixiao、Phuong Nguyen Lu、Kuga Kazuki、Yabuuchi Hidetake、Kan-O Keiko、Matsumoto Koichiro、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Computer Methods and Programs in Biomedicine

      巻: 237 ページ: 107589~107589

    • DOI

      10.1016/j.cmpb.2023.107589

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of transient breathing cycle on the deposition of micro and nanoparticles on respiratory walls2023

    • 著者名/発表者名
      Kuga Kazuki、Kizuka Ryusei、Khoa Nguyen Dang、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Computer Methods and Programs in Biomedicine

      巻: 236 ページ: 107501~107501

    • DOI

      10.1016/j.cmpb.2023.107501

    • 査読あり
  • [学会発表] Parameter Optimization of a Viral Dynamics Model in the Mucus Layer of the Human Nasal Cavity-Nasopharynx Based on Computational Fluid-Particle and Host-Cell Dynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Hanyu Li, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      IAQVEC 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational fluid and particle dynamics simulation of airborne transmission in indoor environment - Effect of physical distance from infected person2023

    • 著者名/発表者名
      Takumi Nishihara, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      IAQVEC 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Host Cell Dynamics model development and specific parameterization for 3D upper respiratory tract model coupled with CFPD analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Hanyu Li, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      Healthy Building 2023 Asia Pacific
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of turbulent inlet boundary conditions on pollutant emissions and dispersion in an indoor environment2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Hirayma, Haruna Yamasawa, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito.
    • 学会等名
      Healthy Building 2023 Asia Pacific
    • 国際学会
  • [学会発表] Aspiration probability and resulting airway deposition of indoor particles during steady and transient breathings2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Kuga and Kazuhide ito
    • 学会等名
      Healthy Building 2023 Asia Pacific
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of air temperature and thermal comfort on human carbon dioxide emission rate in the case of a step change in the physical activity levels2023

    • 著者名/発表者名
      Jiayi Zhu, Ken Bryan Fernandez, Kazuki Kuga, Pawel Wargocki, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      Healthy Building 2023 Asia Pacific
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Exhaust Opening Height on Indoor Environment in Impinging Jet Ventilated Room2023

    • 著者名/発表者名
      Haruna Yamasawa, Mathias Cehlin, Arman Ameen, Tomohiro Kobayashi, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      Healthy Building 2023 Asia Pacific
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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