融合計算医工学研究分野

流動創成研究部門

Creative Flow Research Division

融合計算医工学研究分野

Integrated Simulation Biomedical Engineering Laboratory

教 授
早瀬 敏幸
Professor
Toshiyuki
Hayase
助 教
宮内 優
Assistant Professor
Suguru Miyauchi

生命の維持に不可欠な血流の障害である循環器病は、現在、癌についでわが国の死亡原因の第2位を占めており、生体内の血流の解明は、健康な社会の実現のために不可欠な重要な問題である。近年飛躍的に進歩した医療機器によっても、生体内の血流の情報を完全に計測することは困難であり、また、高性能のスーパーコンピュータによって超高速計算(実時間計算)が可能となったとしても、現実には正確な計算条件が未知であるため、生体内の血流を完全に再現することは原理的に困難です。本研究室では、計測と計算を一体化した次世代融合研究手法により、刻々変化する生体内の血流の高精度超高速計算(超実時間計算)を実現する計測融合シミュレーションなどにより、生体内の複雑な血流を解明し、高度医療を実現するための研究を行っています。

Circulatory disease is the second major cause of death in japan next to the cancer, and, therefore, understanding the blood flow is essential to realize a healthy society. Even a state-of-the-art medical equipment is not sufficient to measure the complete information of the blood flow in a invio. The fastest supercomputer may perform a ultra-high speed computation(real-time computation), but is inherently incapable to reproduce the real blood flows due to the lack of the exact computational condition for the relevant flows. Our laboratory is doing a reserch to realize an advanced medical treatment by understanding complex blood flows in living bodies through measurement-integrated simulation which enables us to perform a highly-accurate ultra-high speed computation(super-real-time computation)of the flows.

医療工学における生体計測とシミュレーションの融合
Integration of Measurement and Simulation in Medical Engineering

超音波診断装置とスーパーコンピュータを高速ネットワークで接続し、超音波計測により得られた血流情報と計算結果との誤差を計算にフィードバックする計測融合シミュレーションにより、実際の血流を正確に再現するシステムを開発している。

Accurate information of real blood flow in a living body is essential for developing advanced diagnosis and treatment. Measurement-integrate(MI)blood flow simulation system is being developed by integrating medical imaging measurement and computational flow simulation based on the observer theory.

好中球と血管内皮細胞の摩擦特性解析
Friction Characteristics of Neutrophils on Endothelial Cell Layer

白血球の一種である好中球は、毛細血管内を血管壁と擦れながら流動します。微小循環における好中球の流動特性は、人体の免疫反応を解明する上で重要な基礎資料となるため、本研究では、傾斜遠心顕微鏡を用いて、好中球と血管内皮細胞との摩擦特性を解析しています。

Neutrophils travel through narrow rubbing against endothelial cell layer of the vessels. Since flow characteristics of the neutrophils in the microcirculation is essential for the understanding of immune response of the cells, we have observed friction characteristics of the neutrophils on the endothelial cells using the inclined centrifuge microscope.

心房内血流の流体構造連成解析
Fluis-Structure Interaction Simulation of Blood Flow in the Atrium

心房が不規則に細かく振動する心房細動により血栓が形成され、脳梗塞の原因となることが知られていますが、左心房内の血流動態と疾患との関連性についてはまだよく分かっていません。本研究では、MRI計測により再構築された左心房の形状を用い、心房の収縮と拡張を与えながら内部の血流を解析し、心房の応力状態や内部の渦について調べています。

Atrial fibrillation increases the risk if thrombus formation, which can cause cerebral infraction. However, the relevance of hemodynamics to the disease is little known. We investigate hemodynamics stresses and vortex formation in the atrium with fluid-structure interaction simulation using a model of a left atrium obtained by MRI.

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