高度個別医療に向けた心臓弁まわりの流体解析手法の構築

开发心脏瓣膜周围的流体分析方法，以实现先进的个性化医疗护理

• 批准号: 22K17903
• 负责人: 寺原 拓哉
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K17903/
• 关键词: T-spline; Heart Valve; Isogeometric analysis; ST-SI-TC-IGA; 心臓弁; アイソジオメトリック解析; 水撃作用

本研究では生体由来の心臓弁、人工弁、機械弁など個別の心臓弁に適用可能な高精度流体解析手法の構築を目指す研究である。本年度は、アイソジオメトリック解析においてT-splineの技術を用いた局所的な細分化を実際の人工弁の流体解析に適用した。さらに、心房と心室の間に位置する房室弁は、比較的柔軟で大きな弁尖を有しており、心臓壁から伸びる腱索とよばれる紐状の組織によって支えられ開閉をしている。アイソジオメトリック解析によって房室弁の動作を再現するにあたって、B-splineで表現される形状と格子点の位置が異なることから、弁尖部分の格子点をそのまま用いて腱索部分の一部を表現することが難しいという問題がある。この点を解決した。人工弁の流体解析研究では実際に使用されているウシの心膜により作られた形状と、流体構造連成解析で得られた動作を基に流体解析を行った。弁尖同士が接触する瞬間、また離れる瞬間の流れの変化を正しく捉えるため、境界適合格子を用い、ST-SI-TC-IGA法を用いて解析を行った。この解析格子は2次のB-splineで表現されており、本研究ではT-splineの基底関数を用いて弁尖の境界層部分を従来の8倍の解像度に変更した。局所的な細分化が可能となったことで、全体の制御点数に対して、従来の解像度による解析と流れ場を比較し、細分化による効果が開口時の弁尖近傍の流れ場に現れることを確認した。房室弁と腱索の接続研究ではアイソジオメトリック解析における2次元構造物と1次元構造物を接続することを実現した。T-splineの技術を応用し、2次元構造物の基底関数を用いて1次元構造物の基底関数を表現した。さらには、2次元構造物と1次元構造物間に高次の連続性を持つ表現も可能とした。本手法は心臓弁のみならず宇宙船用パラシュートのような工業応用が可能であることを示した。

This study on the origin of で で organisms from the heart, artificial heart, and mechanical heart な <s:1> individual heart に applicable possible な high-precision fluid analysis techniques <s:1> construct を fingers す study である. This year は, ア イ ソ ジ オ メ ト リ ッ ク parsing に お い て T - spline を の technology with い た bureau of な differentiation を be interstate の artificial chemical analytical に の fluid applicable し た. さ ら に, atrial と ventricular の に position between す る atrioventricular chemical は, comparison of soft で big き な chemical pointed を have し て お り is crucial, the heart wall か ら stretch び る chordae tendineae と よ ば れ る new shape の organization に よ っ て branch え ら れ open closed を し て い る. ア イ ソ ジ オ メ ト リ ッ ク parsing に よ っ て atrioventricular chemical の action を reappearance す る に あ た っ て, B - spline で performance さ れ る shape と grid point の が different な る こ と か ら, chemical pointed part の lattice point を そ の ま ま with い て chordae tendineae part の an を す る こ と が difficult し い と い う problem が あ る. Youdaoplaceholder0 を solve た. Artificial chemical research の fluid で は be interstate に use さ れ て い る ウ シ の heart membrane に よ り as ら れ た shape と, fluid structure into analytic で ら れ た action を base line に fluid analytic を っ た. Chemical point contact with James が す る moment, ま た from れ る instantaneous flow の れ の variations change を is し く catch え る た め, realm for grid を い, ST - SI - TC - を IGA method using い analytical line を っ て た. こ の two analytic grid は の B - spline で performance さ れ て お り, this study で は T - spline の basal masato number を with い て chemical part pointed の boundary layer を 従 to 8 times の の resolution に - more し た. Bureau of な differentiation が may と な っ た こ と で, all の royal points に し seaborne て, 従 の resolution に よ る parsing と れ field を し and differentiation に よ る unseen fruit が when opening の chemical pointed nearly alongside の れ field に now れ る こ と を confirm し た. Atrioventricular chemical と chordae tendineae の meet 続 research で は ア イ ソ ジ オ メ ト リ ッ ク parsing に お け る two yuan structure と 1 dimensional structure を meet 続 す る こ と を be presently し た. The T-spline <s:1> technique is represented by を応, and the <s:1> basis number of two-dimensional structures を is expressed by を応 て and the <s:1> basis number of one-dimensional structures を. Youdaoplaceholder0 さらに, 2d structures と, and 1d structures に high-order <s:1> connection 続 を maintain た performance に possibly と た. This technique is crucial は heart chemical の み な ら ず universe Marine パ ラ シ ュ ー ト の よ う な industrial 応 が may で あ る こ と を shown し た.

项目成果

T-splines computational membrane-cable structural mechanics with continuity and smoothness: I. Method and implementation

具有连续性和平滑性的T样条计算膜索结构力学：一、方法与实现

• DOI: 10.1007/s00466-022-02256-w
• 发表时间: 2023
• 期刊: Computational Mechanics
• 影响因子: 4.1
• 作者: T. Terahara;K. Takizawa;T.E. Tezduyar
• 通讯作者: T.E. Tezduyar

左心系流れのアイソジオメトリック解析

左心血流等几何分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 寺原拓哉;平岡諄巳;滝沢研二;TezduyarTayfun E.;久田俊明
• 通讯作者: 久田俊明

医用画像からの血管壁ゼロ応力状態の推定手法の提案

提出一种从医学图像估计血管壁零应力状态的方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 齋藤耀玖;乙黒雄斗;寺原拓哉;滝沢研二;TezduyarTayfun E.
• 通讯作者: TezduyarTayfun E.

壁と接触する布による流れの変化の解析

分析布料与墙壁接触引起的流量变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 白井 嵩彦;寺原 拓哉;谷口 靖憲;久保田 亮磨;滝沢 研二;Tezduyar Tayfun E.
• 通讯作者: Tezduyar Tayfun E.

T-splines computational membrane-cable structural mechanics with continuity and smoothness: II. Spacecraft parachutes

具有连续性和平滑性的 T 样条计算膜索结构力学：II。

• DOI: 10.1007/s00466-022-02265-9
• 发表时间: 2023
• 期刊: Computational Mechanics
• 影响因子: 4.1
• 作者: T. Terahara;K. Takizawa;R. Avsar;T.E. Tezduyar
• 通讯作者: T.E. Tezduyar