大動脈瘤破裂の危険因子発見のためのバイオメカニクス的解析

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10480241
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 佐藤 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30111371)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 貞弘 光章 東北大学, 大学院・医学系研究科, 講師 (80250778) ; 松本 健郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30209639) ; 田林 晄一 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (90142942) ; 秋元 弘治 東北大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (60302139) ; 大橋 俊朗 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30270812)
• Keywords: 大動脈瘤 / 応力解析 / ひずみ解析 / 有限要素モデル / 3次元変形解析 / 二軸引張試験

Research Abstract

1.大動脈瘤の力学的性質の計測と3次元有限要素モデルの構築
前年度に引き続き,大動脈瘤患者の手術時に一部切除した組織片あるいは剖検例より得られる組織片を用いて新たに作製した2軸引張試験機により力学的性質の計測を行い,データ収集を継続した.その結果,正常と思われる組織に比べて病変部では弾性係数が高い値を示し,いずれも硬化している現象が明らかとなった.また,その程度は大動脈瘤の原因疾患と関連しているように思われた.弾性係数が高い値を示した大動脈瘤組織ほど大きな力学的異方性が認められた.
MRI画像に基づく大動脈の3次元の有限要素モデルを完成させ,薄肉を仮定した解析により大動脈壁内の応力とひずみ分布を求めることができた.この結果,応力は大動脈弓部の前・後壁に集中しており,この部分に大動脈瘤が形成される例が多いこととよく一致していた.この基本モデルに動脈瘤を種々の形状と位置を想定して解析したところ,瘤の形成位置によって応力の集中の程度も異なることが明らかとなった.
2.大動脈瘤患者の壁運動の解析ならびに大動脈瘤の力学的性質の推測と被裂予測モデルの構築
前年度に引き続き,シネMRI画像において心電図同期tagging法を用いて拡張期末期から収縮期にかけて動脈壁内宮と外壁の動きを計測し,大動脈瘤近傍に生じるひずみ,局所応力を求めた.解析の結果,健常者では弓部前壁あたりで大きなひずみを生じ,大動脈瘤患者では大動脈瘤形成部位あたりで外側に大きく膨らむような変形をすることが明らかとなった.
以上の結果に基づき,今後MRI画像から有限要素モデル構築までの迅速化,利便性を考慮したシステムの改良と基礎データを積み重ねていく予定である.

Research Products

• [Publications] Matsumoto T.: "Mechanical and dimensional adaptation of rabbit carotid artery cultured in vitro"Mecical & Biological Engineering & Computing. 37・2. 252-256 (1999)
• [Publications] 松本健郎: "ピペット吸引法による遺伝性動脈硬化症 (WHHL) ウサギ動脈硬化壁の局所弾性率計測-内圧負荷試験による計測との比較-"日本機械学会論文集(A編). 65・636. 1845-1850 (1999)
• [Publications] Matsumoto T.: "Effect of smooth muscle cells on the mechanical response of rabbit carotid arteries in culture"JSME International Series C. 42・3. 514-520 (1999)
• [Publications] Ohashi T.: "Intramural distribution ef elastic moduli in thoracic aortas and its relation to histology: Comparison between porcine and bovine thoracic aortras"JSME International Series C. 42・3. 568-573 (1999)
• [Publications] Kataoka N.: "Relationship between permeability and endothelial cell morphology in rat aortae"JSME International Series C. 42・3. 811-817 (1999)
• [Publications] 加藤陽子: "半自動的色調判別に基づく生体組織標本の汎用画像解析法"ライフサポート. 11・4. 120-125 (2000)
• [Publications] Matsumoto T.: "Local elastic modulus of atherosclerotic lesions of rabbit thoracic aortas measured by pipette aspiration method"J. Biomechanics. (印刷中).
• [Publications] Sato M.: "An application of the pipette technique to the measuremtn of local mechanical properties ef aortic walls"Proc.Toyota Int. Symp.on Human Life Support Biomechanics. (印刷中).