2019 Fiscal Year Research-status Report
格子ボルツマン法を用いたMRI単独CFD解析法による脳動脈瘤増大因子の同定
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17K10826
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
木村 英仁 神戸大学, 医学部附属病院, 助教 (90514753)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
甲村 英二 神戸大学, 医学研究科, 教授 (30225388)
林 公祐 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60455152)
細田 弘吉 神戸大学, 医学研究科, 医学研究員 (90403261)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | CFD / cerebral aneurysm / prediction / growth / thin walled region / thin wall |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳ドックのMRI血管撮影（MRA)でたまたま見つかった脳動脈瘤の中でどの動脈瘤が増大して破裂するのか予測不可能であった。近年数値流体力学ComputationalFluid Dynamics(CFD)解析によって動脈瘤の増大を予想しようとする試みがあるが、これまでの市販の解析ソフトではMRAデータからのCFD解析が困難で、増大前動脈瘤の血流解析ができず、増大に至る血行動態を解明できていなかった。今回我々は本学工学部との医工連携により、MRAのみからCFD解析が可能なソフトAN2WERを開発した。これによって増大した動脈瘤の増大前のデータを解析することが可能となり、増大に至った血行動態上の特徴を指摘できると考えられた。まず実際に増大した動脈瘤６例の増大前のMRAデータと、5年以上増大していない動脈瘤６例のMRAデータをCFD解析することに成功し、結果、心拍一周期で拡張早期に一過性の壁面せん断応力の上昇を来していた動脈瘤が、その後に増大しやすいことを突き止め、本結果米国の脳神経外科雑誌World Neurosurgeryに報告した。これに並行して市販の解析ソフトhemoscopeを用いて未破裂脳動脈瘤解析をしている際、hemoscope固有の指標であるWSS vector variation(WSSVV)という壁面せん断応力ベクトルの変動とみる指標が、動脈瘤の壁の薄さを予測できる事を新たに発見しWorld Neurosurgeryに報告した。壁の菲薄部は動脈瘤の増大に関与するとの報告もあり、AN2WERを用いて動脈瘤壁の菲薄を予測できないかを検証した。WSSVVに類似した指標として汎用性に富む指標である振動せん断指数OSIが考えられ、OSIで壁の菲薄を予測できるとの仮説を立て検証した。この度有意な所見を得たため論文化し米国の雑誌に投稿した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題では我々が開発した血流解析ソフトAN2WERで算出されたパラメーターの数値が実際の数値を正確に反映しているかどうかを検証すべく、シリコン樹脂で脳動脈瘤モデルを作成し血管模擬流路内流動実験を行う計画をたてて遂行してきた。本実験で動脈瘤モデルの壁面せん断応力(WSS)分布等の実数を計測することができ、本ソフトの妥当性を評価でき、解析ツールを確立する予定である。しかしながら解析過程で、市販の CFDソフトを用いた解析とおおむね類似した結果が得られていることが判明し、本年度は上述のごとく動脈瘤の壁の菲薄部を予測できるという斬新な所見を発見したため、これを立証すべく臨床データの解析を優先した。結果、血管モデル実験の遂行が遅れた。本ソフトの妥当性証明には当初の計画通り実際の血管モデルを用いたWSSの実測を計測し本ツールによるCFD解析結果との照合を行い妥当性の検討は必須である。本年度はMRIデータから動脈瘤を含む親血管の血管形状を抽出し、そこからアクリル血管での模擬血管を作成すべく設計図の検討・修正を繰り返し、ようやく1号機を完成することができ流動実験を開始している。本過程で血管形状のモデル化に予想以上に難渋した事も研究遂行の遅滞を来たした一因である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では模擬流路内に3umのシリコンカーバイド粒子を含んだシリコンオイルをながし、そこにシート状のレーザー光をあてて散乱光を高感度カメラで撮影することでWSSを測定する。現在、最適条件を模索しながらデータを集めている。1号機のみで不十分な場合、2号機の制作も行いWSSの実数を測定し、AN2WERで解析されたWSSの結果と照合しソフトの妥当性の検証を行う。さらにこの度見出した動脈瘤を増大させる因子と思われる「動脈瘤壁における拡張早期のWSSの一過性増大」が他の増大動脈瘤にも認められるか検証すべくさらに多くの画像データで解析を行い増大因子を確定する。また解析作業の現在の課題は、1例の解析にかかる時間が一晩と長いことで、本解析作業を困難にしている一因でもある。本年では解析時間の短縮についてもソフトの改良をはかりながら検討していく予定である。
実際に増大した動脈瘤には破裂予防のため開頭脳動脈瘤クリッピング術を施行し動脈瘤を切除・摘出しているが、本研究でその摘出標本を病理学的に検証し増大に至った組織学的な裏付けを行う予定である。
結果について新たに論文を作成し学術雑誌に投稿する。
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| Causes of Carryover |
本研究では我々が開発した脳動脈瘤数値流体力学解析ツールの妥当性検証のため、血管模擬流路内流動実験を行い壁面せん断応力WSSの実数を測定する予定である。実験系の確立に難渋したが、工夫を重ね現在WSSの実数を測定できるようになりデータを集めている所である。次年度ではさらに別の人工血管モデルも作成し、同様に追加実験を行うことで本ソフトの妥当性を実証する予定である。この度のソフトの検証方法、実験系についても論文化する予定である。
また、この度見出した瘤壁肥厚、菲薄化を支配するパラメタについて、次年度で解析症例を蓄積する事で、壁菲薄と動脈瘤の増大・破裂の関係を見いだせる可能性があり、当初計画以上の成果を見込んでいる。
これら新たな人工血管モデルの作成費用、流路に流すシリコンカーバイド粒子およびシリコンオイル等の費用、そして論文化にかかる費用が必要であるため計上している。
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Research Products
(9 results)
