三相理論を用いた心筋細胞の電気化学・力学連成シミュレーションの大規模化に関する検討
スポンサーリンク
概要
- 論文の詳細を見る
Triphasic theory has been proposed to integrate mechanical, electrical and chemial phenomena for hydrated soft tissues. Though having been applied to biomaterials such as cardiomyocyte and cartilage, the following two difficulties have prevented the theory from wide range of applications. The first is huge calculation cost; "multiphysics" makes degree of freedoms large, and chemical or electrical phenomena limit the time step. The second is difficulty of parallelization due to interaction complexity. Therefore size of the model is restricted to unproductively small. To achieve large-scale analysis, we propose an effective algorithm on time discretization and parallelization. We separated mechanical, electrical and chemical variables and updated with different timesteps, sufficient for each phenomenon. Separate time discretization and incorporation of properly updated interaction terms achieved low-calculation-cost interactive analysis. With regard to parallelization, the whole analysis was partitioned based on spatial segmentation of mechanical mesh. Electrical and chemical meshes are generated after separation so as to use communication methods commonly and to access other physical quantity directly within each processor. Finally, the algorithm was applied to cardiomyocyte model of 17 million degree of freedoms and a parallel computation with 256 processor cores was presented.
著者
-
岡田 純一
東京大学大学院新領域創成科学研究科
-
杉浦 清了
東京大学大学院新領域創成科学研究科
-
鷲尾 巧
東京大学大学院新領域創成科学研究科
-
久田 俊明
東京大学大学院新領域創成科学研究科
-
波田野 明日可
東京大学大学院 新領域創成科学研究科博士課程
関連論文
- 434 脳動脈瘤の流体構造達成シミュレーションにおける非線形血管壁モデルの影響(OS4-8,オーガナイズドセッション4:生体のモデリング・シミュレーション・計測,学術講演)
- P234 p27^による平滑筋細胞増殖の制御 : マウス大腿動脈の新生内膜形成過程における細胞周期調節遺伝子発現様式の検討
- P224 再現性良好な,新しいマウス血管傷害モデルの開発
- P035 ワイヤーによるマウス大腿動脈の拡張は, 急性期ならびに慢性期における平滑筋細胞のアポトーシスを誘発する
- 0693 アドレノメジュリンは、一酸化窒素を介して、血管内皮細胞のアポトーシスを抑制する
- 0427 グラフト血管内皮におけるFasリガンドの増強発現は炎症細胞浸潤と移植後動脈硬化症を抑制する
- 0425 内皮Fasリガンドによる, 血管の負のリモデリングの制御 : マウス総頚動脈結紮モデルを用いての検討
- 0424 シクロスポリンAとFK506は血管内皮細胞上のFasリガンド発現を抑制する
- 0384 膜結合型Fasリガンドは, 血管平滑筋細胞に選択的にアポトーシスを誘導する : Fas受容体を標的とした増殖性動脈疾患に対する遺伝子治療の可能性
- 肝臓力学特性の実験的検討と構成式の導出
- 流体・構造連成シミュレーションによる羽ばたき飛行ロボットの浮上力解析
- 手術ロボティックシステム開発プロジェクト
- 脂肪細胞における Glucose Transporter 4 の細胞膜融合と表層アクチンリモデリングの関与
- GLUT4の細胞内挙動および細胞骨格の関与についての解析
- Slowly Developing Heart Failure Associated With Hormonal Disorder
- 0638 高コレステロール血症(TC)患者における冠血流予備能(CFR)低下に対する薬物治療効果 : シンバスタチン(SVT)とプラバスタチン(PVT)との比較検討
- 新しい血管の診断治療法(新しい血管の診断治療法)
- 実用化を目指す心臓シミュレーターUT Heart
- 大動脈有限要素モデルによる異方性超弾性構成式の検討
- マルチスケール・マルチフィジックス心臓シミュレータ
- 2310 大動脈解離の成因に関する力学的検討(OS23.生命体統合シミュレーション(2),ポスターセッションP-2)
- 2 医療・創薬のためのマルチスケール・マルチフィジクス心臓シミュレータ(次世代統合シミュレーション技術)
- コンピュータシミュレーション
- 133 多孔質超弾性理論に基づく冠循環系と左右両心室の流体構造連成解析(流体構造連成解析(2),OS17 流体構造連成解析)
- 131 脳動脈瘤における内部血流に対する血管壁特性の影響(流体構造連成解析(2),OS17 流体構造連成解析)
- 2013 超音波ドップラー法による流体構造連成心臓シミュレータの検証(OS-20C,OS-20 流体構造連成解析)
- F07-(3) 流体構造連成有限要素法に基づくマルチスケール・マルチフジックス心臓シミュレータの開発(流体関連振動研究の新展開,先端技術フォーラム)
- 混合型有限要素を用いた液体構造強連成解析における連立一次方程式に対する並列化手法(OS20c 流体構造連成解析)
- 心筋梗塞における壁運動および心腔内血流の流体構造連成有限要素解析(OS20b 流体構造連成解析)
- 流体構造連成有限要素法に基づくマルチスケール・マルチフィジックス心臓シミュレータの開発(力学シミュレーション技術,生体医工学における力学シミュレーション)
- 148 左心室ポンプ機能と心室壁繊維方向に関する検討
- 臓器シミュレーションへの応用を目的とした肝臓物性値測定
- OD06 内部微小き裂による二次高調波の発生の有限要素法シミュレーション及び実験との比較(光超音波エレクトロニクス,非破壊検査)
- 機械的伸展に対する心筋組織の膜電位応答とその数理モデルによる不整脈シミュレーション
- 混合体理論に基づく冠循環数理モデルの定式化
- 826 混合体理論に基づく冠循環モデルの理論構築(J05-2 生命体統合シミュレーション(2),ジョイントセッション,21世紀地球環境革命の機械工学:人・マイクロナノ・エネルギー・環境)
- 計算科学が解き明かす大動脈基部のメカニクス--シミュレーションによる生体機能の解析 (第1土曜特集 大動脈瘤--基礎と臨床) -- (基礎)
- 2309 ヒト心臓の僧帽弁開閉シミュレーション(OS23.生命体統合シミュレーション(2),ポスターセッションP-2)
- AFM・CLSM重ね合わせによる心筋細胞のT管構造の可視化
- ここまできたコンピュータシミュレーション, マルチスケール心臓シミュレータ
- 1 Multi-physics, Multi-scale Simulator for Heart Research : Integration of Knowledge on Molecular Dynamics to Solve the Clinical Problems("State of the Art" Biomedical Technology Developed in Japan Will Inspire Intricate Applications in Cardiology in the
- Finite Element Analysis of Ventricular Wall Motion and Intra-Ventricular Blood Flow in Heart with Myocardial Infarction(Bioengineering)
- 心筋細胞のCa^wave伝播と収縮のマルチフィジックス有限要素解析(OS16c 生体力学における新しい計算解析手法)
- 1 Multi-physics, Multi-scale Simulator for Heart Research : Integration of Knowledge on Molecular Dynamics to Solve the Clinical Problems("State of the Art" Biomedical Technology Developed in Japan Will Inspire Intricate Applications in Cardiology in the
- Finite Element Analysis on the Relationship between Left Ventricular Pump Function and Fiber Structure within the Wall(Bioengineering)
- 709 心臓のマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション
- 計算生体力学と医療 (特集 医工連携の展望) -- (システム生理学の展開)
- Computer Simulation of Blood Flow, Left Ventricular Wall Motion and Their Interrelationship by Fluid-Structure Interaction Finite Element Method(Reviewed Papers Accepted for Publication in this Special Issue)(Special Issue on Bioengineering)
- 2335 均質化法に基づく心筋の有限要素解析
- 1 Multi-physics, Multi-scale Simulator for Heart Research : Integration of Knowledge on Molecular Dynamics to Solve the Clinical Problems("State of the Art" Biomedical Technology Developed in Japan Will Inspire Intricate Applications in Cardiology in the
- 1 Multi-physics, Multi-scale Simulator for Heart Research : Integration of Knowledge on Molecular Dynamics to Solve the Clinical Problems("State of the Art" Biomedical Technology Developed in Japan Will Inspire Intricate Applications in Cardiology in the
- 心臓冠循環シミュレーションにおける並列前処理法について
- 非線形問題に対する低計算負荷均質化法の提案
- 混合型有限要素法を用いた均質化法における超弾性体の圧縮性制御に関する研究
- 胸郭モデルを含む心臓の興奮伝搬解析における複合メッシュ上のマルチグリッドソルバについて
- 非線形均質化問題における高精度・低計算負荷近似解法の提案
- 112 非圧縮粘弾性体の混合型有限要素解析のための均質化法(計算力学と最適化(3),OS19 計算力学と最適化)
- 1 Multi-physics, Multi-scale Simulator for Heart Research : Integration of Knowledge on Molecular Dynamics to Solve the Clinical Problems("State of the Art" Biomedical Technology Developed in Japan Will Inspire Intricate Applications in Cardiology in the
- 流体・構造連成解析を用いたアキアカネの高速旋回のfree-flightシミュレーション(OS20b 流体構造連成解析)
- 142 アキアカネのホバリングの free-flight 解析
- 特性変形モード重ね合せを利用した均質化法による大変形解析手法の開発
- 230 非線形超音波による内部損傷の評価(OS6 材料の力学的挙動とシミュレーション)
- マルチスケール・マルチフィジックス心臓シミュレーション
- 力学・電気化学効果を考慮した心筋細胞モデル化に関する検討
- K02 心臓シミュレータの計算力学上の困難さと医療における意義
- 21369 慣性接続要素を用いた免制震装置の開発 : その4. 解析による実機適用検討(制振 : 慣性質量要素, 構造II)
- 21368 慣性接続要素を用いた免制震装置の開発 : その3. 模擬架構構造物たよる振動合実験(制振 : 慣性質量要素, 構造II)
- 21367 慣性接続要素を用いた免制震装置の開発 : その2. 免制震構造に適用するシステムモデルの検討(制振 : 慣性質量要素, 構造II)
- 21366 慣性接続要素を用いた免制震装置の開発 : その1. 基本的特性試験(制振 : 慣性質量要素, 構造II)
- K01 バイオメカニクスにおける連成問題(基調講演)
- 力学・電気化学効果を考慮した心筋細胞モデル化に関する検討
- ILU分解の安定性評価を有限要素解析の安定化にフィードバックする方法について
- OE-202 Chronic Inflammation, Macrophage Recruitment and CD8+ T Cell Activation in Obese Adipose Tissue Visualized by in vivo Molecular Imaging(OE35,Metabolic Syndrome (H),Oral Presentation (English),The 73rd Annual Scientific Meeting of The Japanese Circu
- OE-013 Platelet Kinetics in Thrombus Formation, and Inflammatory Status Revealed by in Vivo Molecular Imaging(OE03,Thromboembolism/Antithrombotic Therapy/Thrombolysis (IHD),Oral Presentation (English),The 73rd Annual Scientific Meeting of The Japanese Cir
- 微小計測システムを用いた心筋細胞のマイクロバイオメカニクス測定
- PE-180 Insulin Regulates Glucose Uptake in Adipocytes through Cortical Actin Remodeling and Activating Fusion Process of GLUT4 Vesicles with Plasma Membrane(Diabetes/Obesity/Metabolic syndrome(05)(H),Poster Session(English),The 72nd Annual Scientific Meet
- OE-137 Simultaneous imaging of Ca2+ signal and t-tubule structure during contraction of cardiomyocytes for the study of local excitation-contraction coupling(Cardiac function, basic/clinical(01)(M),Oral Presentation(English),The 72nd Annual Scientific Mee
- OE-134 Responses of Single Ventricular Myocytes to Dynamic Axial Stretching(Cardiac function, basic/clinical(01)(M),Oral Presentation(English),The 72nd Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society)
- OE-097 Local Cell Dynamics and Vascular Malfunction in Obese Adipose Tissue Inflammation(Diabetes/Obesity/Metabolic syndrome(01)(H),Oral Presentation(English),The 72nd Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society)
- FRS-113 T-tubule System is a Major Supporting Structure Against the Transverse Mechanical Stress in Cardiac Myocytes(New Concepts for Assessing Cardiac Function(M),Featured Research Session,The 72nd Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation So
- FRS-056 Adipogenesis and Angiogenesis in Obesity Requires Close Interplay Between Diffentiating Adipocytes, Macrophages, and Endothelial Cells(New Insights into Metabolic Syndrome(02)(H),Featured Research Session,The 72nd Annual Scientific Meeting of the
- 138 心臓の流体構造連成解析コードの並列化方法について(流体構造連成解析(3),OS17 流体構造連成解析)
- 心臓弁の流体構造連成シミュレーション法に関する数理的考察
- 2006 連続の式からなる制約条件に基づくFictitious Domain法について(OS-20B,OS-20 流体構造連成解析)
- 弱形式にもとづく重合メッシュ離散化法とそのマルチレベル的数値解法について(OS20c 流体構造連成解析)
- 144 流体-構造強連成方程式におけるフレキシブルな前処理構成法について
- 心臓の機械・電気統合モデルの開発 (AYUMI 循環器系のシミュレーション医学)
- 拘束条件付き問題向け反復法の数理(4)
- 拘束条件付き問題向け反復法の数理(3)
- 拘束条件付き問題向け反復法の数理(2)
- 拘束条件付き問題向け反復法の数理(1)
- 反復法の前処理について : 方程式の性質を考慮したILU前処理の作成法
- GMD(ドイツ国立情報処理研究所)Institute for Algorithms & Scientific Computing(SCAI)およびNECヨーロッパC&C研究所紹介(海外情報)
- 801 階層型多相混合体冠循環モデルに関する検討(OS24.一般セッション(1) 心臓-循環器系生体解析,オーガナイズドセッション)
- 心筋細胞のエネルギー代謝におけるミトコンドリアと筋小胞体Ca放出チャネルの相対位置の重要性
- マルチスケール・マルチフィジックス心臓シミュレータUT-Heart(社会に貢献するシミュレーション)
- 三相理論を用いた心筋細胞の電気化学・力学連成シミュレーションの大規模化に関する検討
- マルチスケール・マルチフィジックス心臓シミュレータUT-Heart(プレナリー・スピーカー)
- J022042 呼吸に伴う胸郭変形シミュレーション手法の開発([J02204]診療技術と臨床バイオメカニクス(4))