Development of 4D hydrodynamic stress field measurement system for specification of stress concentration in cerebral aneurysm

开发用于规范脑动脉瘤应力集中的 4D 流体动力应力场测量系统

• 批准号: 20K14646
• 负责人: 武藤 真和
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology (2022)Tokyo University of Agriculture and Technology (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14646/
• 关键词: 血行力学; 可視化技術; 流体計測; 圧力計測; 応力計測; 偏光計測; 光弾性法; 複屈折; 脳血管障害; 高分子; レオロジー; 脳動脈瘤; 光弾性

本研究では，高速度光弾性法 (課題番号: 19K23483) により脳動脈瘤モデル内の流体応力集中部の特定を目指す．「1. 位相差と応力の校正実験」，「2. 計測対象厚さの補正係数の導出」，「3. 4D流体応力場計測システムの構築」を開発基盤として，「4. 脳動脈瘤モデルの非定常流体応力場における応力集中部の特定」を達成する．昨年度までに，流体の応力光学係数を取得し (項目1と2の達成)，矩形および円管流路を流れる模擬血液 (液体高分子) の位相差場計測を実現した．当該年度では，計測した位相差場の空間強度分布と，数値解析より求めた流体応力場のそれとを比較検証した．両分布は概ね一致したが，流路中央で完全な一致を示さず，この原因究明を試みた．結果として，流体の３次元応力場を計測する本手法では，固体を計測する従来の光弾性法で考慮されていない，カメラの光軸に沿った応力成分を考慮する必要があった．そこで，高速度偏光カメラとせん断粘度計の複合計測システムを構築することで，光軸に沿った応力成分に対応する位相差を計測し，そのデータを用いて数理モデルを導出した．本数理モデルの導入により両者の空間強度分布が高い精度で一致した (武藤ら, 日本流体力学会誌ながれ, 41, 6 ,2022)．よって，矩形および円管流路における4D流体応力場計測システムの構築 (項目３) を達成した．一方，当初の計画で掲げた項目4では，血管などの複雑流路形状の計測データに本数理モデルが対応できず，流体工学に止まらない複合的な学術的・技術的課題 (屈折率楕円体や結晶高分子凝集など) が存在することが明らかになった．そこで，レオロジー，ソフトマター，機械学習の研究者との新たな研究体制を構築し，この課題の解決に向けた新たな研究課題 (課題番号: 23H01343) を計画することに至り，引き続き調査を継続する.

In this study, the high-velocity optical property method (Project No.: 19K23483) was used to determine the specific direction of fluid stress concentration in the arterial cavity.「1. The phase difference and the correction of the force "," 2. Derivation of correction coefficient for measuring image thickness "," 3. 4D fluid flow field measurement system construction "to develop the base plate," 4. The unsteady fluid flow field of the unsteady fluid flow field in the unsteady fluid flow field is realized. In the past year, the optical coefficients of fluid force were obtained (items 1 and 2 were achieved), and the phase difference field measurement of simulated blood (liquid polymer) in rectangular tube flow path was realized. The spatial intensity distribution of the phase difference field is measured during the year, and the numerical value analysis is used to calculate the fluid phase difference field. The distribution is consistent, and the center of the flow path is completely consistent. The results show that it is necessary to consider the force components along the optical axis of a solid by the optical property method. Now, a composite measurement system of a high-speed polarized light spectrometer and a viscometer is constructed to measure the phase difference between the force components along the optical axis and the phase difference, and to derive the mathematical and physical data for use. The spatial intensity distributions of the introduced materials are consistent with high accuracy (Muto, Journal of the Japanese Society of Fluid Mechanics, 41, 6, 2022). The construction of 4D fluid field measurement system (Item 3) was completed. On the one hand, the original plan revealed that item 4 was related to the measurement of the shape of the complex flow path of the blood vessel, the mathematical model of the fluid engineering, the academic and technical problems of the complex (refractive index, crystalline polymer aggregation), and the existence of the mathematical model. A new research system for researchers of mechanical learning is being constructed, and a new research project (Project No.: 23H01343) is being planned.

项目成果

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

通过聚焦微射流穿透实现软材料应力场的可视化

• 发表时间: 2020
• 作者: 吉永 司;荒井 隆行;横山 博史;飯田 明由;河合 脩真，宮崎 優太，武藤 真和，田川 義之
• 通讯作者: 河合 脩真，宮崎 優太，武藤 真和，田川 義之

研究者データシステム（名古屋工業大学）

研究员数据系统（名古屋工业大学）

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

开发用于微小生物样品拉伸粘度测量的液滴滴落装置

• 发表时间: 2023
• 作者: 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
• 通讯作者: 玉野真司

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

实验阐明聚焦微射流与人体组织之间的相互作用，以实现无针注射器

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshinaga Tsukasa;Nozaki Kazunori;Iida Akiyoshi;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
• 通讯作者: 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

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

利用光弹性测量伸长状态下聚合物流体的流体应力场

• 发表时间: 2020
• 作者: Phan Nguyen;Saito Yuki;Katayama Naoki;Nagano Hosei;武藤 真和，田川 義之
• 通讯作者: 武藤 真和，田川 義之