2015 Fiscal Year Annual Research Report
広領域循環シミュレータによる脳血管血行再建術支援のための血流制御機構の解明
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15H04952
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| Research Institution | National Cardiovascular Center Research Institute |
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Principal Investigator |
片岡 大治 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 医長 (40359815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八木 高伸 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (00468852)
中村 匡徳 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20448046)
飯田 秀博 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (30322720)
宮本 享 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70239440)
梅津 光生 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90132927)
高橋 淳 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 部長 (90551408)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 脳神経疾患 / 脳血行再建術 / シミュレーション / 流体工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、脳血行再建術術後の血行動態を、Phase Contrast MRIによる脳血管血流計測と数値流体力学（Computational Flow Dynamics）によるシミュレーション技術を統合することで、脳血流全体の血流再配分機構を再現できる広領域脳血流シミュレータを開発することにある。
平成27年度は、EC-ICバイパス術前後の血流量、血管径及びそれらから計算された壁面剪断応力（Wall shear stress; WSS)の変化をPC-MRIを用いて解析し、脳血行再建術後に血管径や血流量はダイナミックに変化し、術後急性期にはWSSもさまざまに変化するが、術後3ヶ月以降の遠隔期においては、WSSが術前に値に戻る傾向があること、その傾向は術後にWSSが上昇する群においてより顕著であることを見いだした。
また、正常では、脳血流量と脳組織の血流需要は一致しており、虚血性脳血管障害においては血流量が血流需要より不足しているという仮説のもと、正常健常人と虚血性脳血管障害に対してEC-ICバイパス術を行った患者の術前後の脳血流及び脳組織血流需要を計測した。その結果健常人においては、総脳血流量と脳組織の血液需要が平均10%以内の差異であったが、虚血性脳血管障害では血液量＜血液需要となっており、それがバイパス術により是正される傾向にあることが明かになった。
脳血行再建術前後の血行動態に解析のためには、血液粘度の解析が不可欠であるが、平成27年度に購入した粘度計を用いて、正常健常人の血液粘度が過去に報告されたものとほぼ一致し、さまざまな採血条件を比較したが、EDTA採血を行うと再現性のよい結果が得られることが明らかになった。今後粘度計を用いて脳血行再建術前後の血液粘度の変化を解析していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の交付申請書に記載された研究計画は、（１）脳血行再建術前後のPC-MRIを使用した血管径、血流量、WSSの変化の解析、（２）粘度計を用いた抗血小板剤投与や手術が血液粘度に与える影響の解析、（３）脳血行再建術前後の末梢血管抵抗の算出とその妥当性の検討、（４）PC-MRI及びMRI T1強調画像を用いた脳血行再建術前後の脳血流量と脳組織血流需要の関係の解析である。(1)に関しては、新規登録及びこれまでの症例の追跡データを蓄積した。脳血行再建術後に血管径や血流量はダイナミックに変化し、術後急性期にはWSSもさまざまに変化するが、術後3ヶ月以降の遠隔期においては、WSSが術前に値に戻る傾向があること、その傾向は術後にWSSが上昇する群においてより顕著であることを見いだした。（２）に関しては、粘度計の納品が平成27年10月で、それから計測条件の検討及び施設内倫理委員会での審査承認が平成28年3月であったため、手術症例に対する検討は平成28年度以降となるが、おおむね予定通りに進んでいる。（３）については、これまでのPC-MRIデータ及びCFDから末梢血管抵抗を算出した。各血管で実測した流量を境界条件としてCFDから出口動脈圧を取得して、静脈圧力を一定と仮定すれば、出口動脈圧と出口流量から末梢抵抗を算出できることを明かにした。（４）に関しては、正常健常人と虚血性脳血管障害に対してEC-ICバイパス術を行った患者の術前後の脳血流及び脳組織血流需要を計測した。その結果健常人においては、総脳血流量と脳組織の血液需要が平均10%以内の差異であったが、虚血性脳血管障害では血液量＜血液需要となっており、それがバイパス術により是正される傾向にあることが明かになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）脳血行再建術前後の脳主幹動脈の血管応答のメカニズムをさらに明らかにするため、脳血行再建術施行予定患者の術前、術後1か月、3か月、6か月、12か月時点でのPC-MRIデータから血管径・血流量を計測し、WSSを算出する解析を継続して行っていく。平成27年度までは主に脳動脈瘤症例において、脳血行再建術後に血管径や血流量はダイナミックに変化し、術後急性期にはWSSもさまざまに変化するが、術後3ヶ月以降の遠隔期においては、WSSが術前に値に戻る傾向があること、その傾向は術後にWSSが上昇する群においてより顕著であることを見いだしたが、その傾向が虚血性脳血管障害の症例にもあてはまるかどうかをさらに検討する。
（２）粘度計を用いて抗血小板剤投与前後及び脳血行再建術前後の血液粘度の変化を解析していく。
（３）平成27年度に妥当性の検証を行ったPC-MRIデータ及びCFDから末梢血管抵抗を算出する手法を用いて、脳血行再建術前後の末梢血管抵抗の変化を解析する。脳表には豊富な軟膜血管吻合があるため、術前後の血流再分配により、末梢血管抵抗は変化することが予測される。
（４）虚血性脳血管障害に対してEC-ICバイパス術を行った患者の、術前後の脳血流及び脳組織血流需要の計測を継続する。平成27年度は脳全体において、総脳血流量と脳組織の血液需要が平均10%以内の差異であり、虚血性脳血管障害では血液量＜血液需要となっており、それがバイパス術により是正される傾向にあることが明かにしたが、平成28年度はPETでの脳血流及び脳代謝のデータから局所においてこの関係が成立するかどうかを検討していく。
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