| Project/Area Number |
21H02868
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 52040:Radiological sciences-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
竹原 康雄 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (70188217)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 昌之 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (00447814)
礒田 治夫 聖隷クリストファー大学, リハビリテーション科学研究科, 臨床教授 (40223060)
杉山 将隆 名古屋大学, 医学系研究科, 特任助教 (40724844)
滝沢 研二 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60415809)
板谷 慶一 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (70458777)
駒田 智大 名古屋大学, 医学部附属病院, 病院講師 (80718354)
兵藤 良太 名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (80831388)
牛尾 貴輔 浜松医科大学, 医学部, 助教 (00402313)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
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| Keywords | magnetic resonance / aortic aneurysm / rupture risk / 数値流体力学 / 流体構造連成解析 / 腹部大動脈瘤 / 数値流体解析 / 流体ファントム / 壁剪断応力 / oscillatory shear index / 動脈瘤破裂 / hemodynamics |
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| Outline of Research at the Start |
血管内部に血流の乱れが生ずると壁の内皮細胞は摩擦力（壁剪断応力）の低下として感知し、流速を維持するため、内腔を狭くするための動脈硬化性物質を分泌し、動脈硬化が進行することがわかっている。こうして壁の脆弱性が生ずると、大動脈壁は血圧に負けて膨隆するが、膨隆した流路内では更に乱流が生ずることが数値流体力学（CFD）から知られている。この流れの変化と構造の変化の相互作用を繰り返して計算することにより、将来の構造を予測するのが流体構造連成解析（FSI）である。この研究は、FSIを用いて、現在の大動脈の形態から将来の動脈瘤の形状とその増大速度を推測し、介入の適応や時期を決定可能なシステム開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は流れの異常が腹部大動脈瘤を生ずるという仮説のもと、流体構造連成解析（FSI）理論に基づき腹部大動脈瘤(AAA)の成長・破裂のリスク予測システムの開発を試みるものである。
初年度の研究結果に基づき、動脈壁のコンプライアンスが、壁の脆弱性にも関わるであろうと推定されたため、in-vivoで、60歳台男性と20歳台男性の腹部大動脈壁の拍動による壁の移動と、各時相における血流解析を行うべく、ボランティアスタディを行った。その結果、20歳台男性の壁の拍動による移動がかなり大きく、特に壁剪断応力（WSS）の計測にも影響を与えうることがわかった。これを補正しうる４D Flow MRIの撮影方法の検討を行い、試験的に撮影し、解析を試みた。その結果、balanced FFEで別途撮影を加えることにより、４D Flow MRIと組み合わせて、壁の拍動による位置移動に合わせたWSSの計測は可能と考えられた。
更に初年度の研究結果から、壁が拍動によって移動する弾性素材を用いた患者個別ファントムの作製が必要であることがわかり、種々の素材を模索していたが、ようやく、３Dプリンタ用の素材（シリコン・アクリル系）を見出し、ファントム実験を繰り返して、耐久性と弾性を確認した。これにより、MRIで、流体ファントム実験を施行する目処がたったことになる。
FSIのためのin-silicoでの準備は早稲田大学の滝沢教室にて行われ、現在も継続中である。2022年度においては、腹部大動脈瘤患者の腹部大動脈壁におけるゼロ応力状態を可視化する試みが行われた。これは広い意味で、ラプラスの法則に基づき、瘤の成長割合を適切に評価するために、ゼロ応力状態に着目し、ゼロ応力状態において、細胞が非等方性に増えることを仮定してモデルを構築する。今後、数値流体力学と流体ファントム実験から導出したWSSとの関係を証明してゆく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
患者個別データに基づく、ファントム実験で使用する流体ファントムを３Dプリンタで作製するにあたり、弾性を有する至適な素材を発見し、耐久性試験を実行するのに時間がかかったこと、新型コロナのパンデミックにより、早稲田大学との研究打ち合わせの頻度が制限されたこと、研究分担者が病気療養状態にあったことが若干の遅延の理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナ感染症の終息により、早稲田大学滝沢教室との研究のすり合わせが加速できるようになった。また、動脈壁にコンプライアンスを有する流体ファントムの至適素材を発見できたため、早期にMR装置における流体ファントム実験を施行可能である。
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