数値解析と超音波計測を融合した血流構造の解析

数值分析与超声测量相结合的血流结构分析

• 批准号: 04J03421
• 负责人: 船本 健一
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J03421/
• 关键词: 生体流体力学; 数値流体力学; 計測融合シミュレーション; フィードバック; 超音波計測; カラードプラ法; 動脈瘤; 壁せん断応力; 過渡特性; エイリアジング

本研究は、血流の超音波計測と数値シミュレーションを一体化した超音波計測融合シミュレーション技術を確立し、血管内の血流場および血行力学の正確かつ詳細な情報を医療現場に提供することを目的としている。本手法では、計算領域内に定義したフィードバック領域内の複数のフィードバック点において、超音波により計測可能な速度情報(ドプラ速度)を基に、実際の血流場に対する速度場の計算結果の誤差を推定し、それに基づく信号をフィードバックして計算を行う。このフィードバックの適用により、計算結果を実際の流れ場に収束させる。本年度は、これまでの知見に基づき、実際の血流場の状態である3次元非定常流の再現に対する本手法の有用性を検証するため、動脈瘤を有する血管内の実際の血流を模擬した基準解の再現に関する数値実験を行った。実際の超音波計測には時間分解能に制限があり、計算時間刻みに対して粗い時間間隔の計測しか行えない可能性がある。そこで、計測の時間分解能が不十分な場合におけるフィードバック方法について検討した。計測データが得られた時刻のみにフィードバックを行う間欠的な方法により、各タイムステップにおいてフィードバックを適用する方法と同じ計算精度が実現でき、有用であることが明らかとなった。ただし、計測の時間間隔を大きくするのに伴い計算が不安定になり易く、ゲインが比較的小さい場合においても解が振動したり計算が発散したりする現象が見られた。動脈瘤内の速度場の誤差が最小となる条件において本手法の計算精度を評価すると、プローブを動脈瘤と同じ高さに1つ設定した場合に、速度場および圧力場の誤差は29%、58%にまでそれぞれ減少し、プローブを2つ用いると計算精度は一層向上し、誤差は8%、17%にまで減少した。壁せん断応力分布もフィードバックの適用により基準解のものに近づき、例えば平均壁せん断応力の最大値は誤差1%以下の精度で再現できた。

The purpose of this study is to establish an integrated ultrasound measurement and fusion technology for blood flow measurement, and to provide accurate and detailed information on intravascular blood flow and hemodynamics at the medical site. This method is based on the definition of a plurality of points in the field of calculation, ultrasonic measurement of possible velocity information (velocity), estimation of errors in the calculation results of the velocity field of actual blood flow, and calculation of basic signals. The results of the calculation are reflected in the actual flow field. This year, we have demonstrated the usefulness of this technique in the reconstruction of three-dimensional unsteady flow, the state of real-time blood flow, and the state of real-time blood flow in blood vessels, the simulation of real-time blood flow in blood vessels, and the reconstruction of baseline solutions. In fact, ultrasonic measurement can limit the calculation time and the calculation time interval. The time decomposition of measurement can be used in different situations. The method of calculating the time and space between the lines is the same as that of calculating the accuracy of the time and space. The time interval between measurement and calculation is large, and the calculation is unstable and easy. The calculation is scattered in small cases. The error of velocity field in artery is minimum, and the calculation accuracy of this method is evaluated. When the error of velocity field and pressure field is set to the same value, the error of velocity field and pressure field decreases by 29% and 58% respectively. The calculation accuracy decreases by 8% and 17% respectively. For example, the maximum error of average wall breaking force is less than 1% and the accuracy of reproduction is less than 1%

项目成果

Numerical Study on Variation of Feedback Methods in Ultrasonic-Measurement-Integrated Simulation of Blood Flow in the Aneurysmal Aorta

超声测量集成模拟动脉瘤主动脉血流反馈方法变化的数值研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: JSME International Journal, Series C (印刷中)
• 作者: Toshiyuki Hayase;Kenichi Funamoto
• 通讯作者: Kenichi Funamoto

Detection and Correction of Aliasing in Ultrasonic Measurement of Blood Flows with Ultrasonic-Measurement-Integrated Simulation

利用超声测量集成仿真对超声血流测量中的混叠进行检测和校正

• 发表时间: 2005
• 期刊: Technology and Health Care Vol.13, No.4
• 作者: Toshiyuki Hayase;Kenichi Funamoto;Kenichi Funamoto;Kenichi Funamoto
• 通讯作者: Kenichi Funamoto

Effect of Density of Monitoring Points for Feedback in Ultrasonic-Measurement-Integrated Simulation of Blood Flow in the Aorta with an Aneurysm

超声测量一体化模拟动脉瘤主动脉血流反馈监测点密度的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of BioMED2005 (CD-ROM)
• 作者: Toshiyuki Hayase;Kenichi Funamoto;Kenichi Funamoto;Kenichi Funamoto;船本健一;Kenichi Funamoto
• 通讯作者: Kenichi Funamoto

Fundamental study of ultrasonic-measurement-integrated simulation of real blood flow in the aorta

• DOI: 10.1007/s10439-005-2495-2
• 发表时间: 2005-04-01
• 期刊: ANNALS OF BIOMEDICAL ENGINEERING
• 影响因子: 3.8
• 作者: Funamoto, K;Hayase, T;Yambe, T
• 通讯作者: Yambe, T

Numerical Realization of Blood Flow in Aneurysmal Aorta by Integrating Measurement and Simulation

测量与仿真相结合的动脉瘤主动脉血流数值实现

• 发表时间: 2007
• 期刊: Future Medical Engineering Based on Bionanotechnology
• 作者: Toshiyuki Hayase