数値シミュレーションによる脳動脈瘤破裂のメカニズムに関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650155
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (40242127)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高木 清 帝京大学, 医学部, 講師 (40197059)
• Keywords: 未破裂脳動脈瘤 / FEM / 医用画像 / 血流-血管壁の連成問題 / DSD / SST / せん断応力 / 境界条件 / 格子生成

Research Abstract

脳動脈瘤の破裂はくも膜下出血を起こす主要因であり、破裂のメカニズムを把握することは重要な課題である。くも膜下出血は起きた場合の到死率が大きく、現状では破裂の危険性を予知することができないため、瘤の発見された段階で手術を行うのが通常である。しかし、手術は患者にとって負担が大きく、危険を伴うため、半身不髄などの後遺症を引き起こすケースも見られる。そこで、本研究では、脳動脈瘤の破裂の危険性を予測できるような数値シミュレーション・システムの構築を目的としている。
本研究では、血流の流体力学的な要因に着目し、数値解析コードの開発を行っている。その際に、患者の個別診断に役立てるため、CT画像や超音波流速計を用いて得られる実際の血管形状や流速情報を用いて解析を行い、血管や瘤形状が流速分布や壁面せん断応力にどのような影響を与えるのかを調べる。現在は、壁面を剛体壁として扱っているため、今後は弾性の影響を入れた血流-血管壁の連成問題を考慮し、さらに流入あるいは流出境界条件を再検討することにより、現実に近いシミュレーションを目指している。また、数値シミュレーションを多くの症例に適用し、臨床データと比較することにより、in vivoにおける脳動脈瘤破裂のメカニズムを解明していく。
本年度は、1)流入および流出境界条件の検討と2)血管壁の弾性の影響について研究を行った。
1)流入および流出境界条件の検討
流入条件については、軸方向分布としてポアズイユとワーマスレー分布を与えて比較を行った。その結果、軸方向断面の分布は流れ場に影響を与えないことが確認された。流出条件については、分岐がある場合には各血管に流れ込む流量比が異なる。そこで、流出部での流量比がコントロールができるように解析コードの改善を行った。
2)血管壁の弾性の影響について
DSD/SST(Deformable-Spatial-Domain/Stabilized-Space-Time)法に基づいて、血管の弾性壁の影響を考慮した血流-血管壁の連成の解析コードを開発を行っており、現在debugを行っている。

Research Products

• [Publications] 鳥井亮,大島まり,小林敏雄,高木清: "CT画像を利用した脳血管内流れ数値解析システムの構築"日本機械学会論文集B編. 66・652. 3041-3048 (2000)
• [Publications] 大島まり,鳥井亮,高木清: "脳動脈瘤の計算力学"Bio Medical Engineering. 14・10. 14-17 (2000)
• [Publications] 大島まり: "脳動脈内を流れる血液の数値シミュレーション"シミュレーション. 19・2. 36-39 (2000)
• [Publications] 鳥井亮,大島まり,小林敏雄,谷口伸行: "CTを利用した脳血管内流れの数値解析"生産研究. 52・1. 55-58 (2000)
• [Publications] 大島まり: "有限要素法によ留流れのシミュレーション 第2版第8章"シュプリンガー・フェアラーク東京. 25 (2000)