2020 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
| Project/Area Number |
17K10826
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
木村 英仁 神戸大学, 医学部附属病院, 助教 (90514753)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
甲村 英二 神戸大学, 医学研究科, 名誉教授 (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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | CFD / cerebral aneurysm / prediction / growth / thin walled region / thin wall |
|---|
| 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Computational Fluid 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データからの解析が困難で、結果、増大前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後方視的に解析することが可能となり、実際の増大に至った血行動態上の特徴を指摘できる可能性が考えられた。本研究では増大した患者さん６名の増大前のMRAデータと、5年以上増大していない患者さん６名の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た。非増大動脈瘤にはその傾向が見られなかった。本結果を国内、国際学会にて発表し、さらに院内倫理委員会承認後論文化して米国の脳神経外科雑誌World Neurosurgeryに投稿しacceptされた。これらに並行して市販のCFD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、WSS vector variation(WSSVV)という壁面せん断応力の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ことを新たに発見した。これによって動脈瘤の増大を予測できる可能性もあったため、こちらについて市販のソフトを用いて、実際に破裂予防の手術を行った12例の動脈瘤を解析し、術中所見で壁の薄かった部分とWSSVVの関係を調査した。結果、WSSVV低値の部分は動脈瘤壁が有意に薄かったことを初めてつきとめ、結果を論文化し米国の脳神経外科雑誌World Neurosurgeryにacceptされた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本学工学部と医工連携によって開発した本CFD解析法が実際のパラメーターを反映しているかどうかを検証すべく, 本年度のうちに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予定であった。本実験で動脈瘤モデルの壁面せん断応力WSS分布等を計測することで、本ソフトの妥当性が評価でき、解析ツールを確立できる予定である。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たため、本年度は上述のごとく臨床データの解析を優先した。そのため血管モデル実験の遂行が遅れた。本来の妥当性証明には実際の血管モデルを用いたWSSの計測、そして本ツールによるCFD解析データとの照合、妥当性検討は必要と考えており、アクリル血管での模擬血管作成を業者に依頼し、設計図の検討・修正を繰り返し、1号機を完成し流動実験を開始したところであった。その最中、コロナウイルス蔓延により工学部に出向いての直接の検討会ができず実験全体の進行に遅れを生じた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
上記のごとく今後本学工学部との医工連携により血管モデルを用いた血管模擬流路内流動実験を進め、本CFD解析ソフトの妥当性評価を行っていく。未だコロナ禍ではあるが、web検討会により結果の検証と工学部とオンラインで行っていく予定である。1号機のみで不十分な場合、2号機以降の制作も行い詳細に検討していく。さらに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」が他の多数の増大動脈瘤に認められるかさらに多くの動脈瘤の画像データでの解析を行い検証する。解析作業の現在の課題は一例の解析にかかる時間（一晩必要）であり、解析時間の短縮についてもソフトの改良を重ね短縮をはかる。その後, 前向きに本学附属病院脳神経外科外来を受診した未破裂脳動脈瘤患者を対象に本法を用いて動脈瘤の CFD解析を行い, 増大因子の有無をチェックして増大予測を行う。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、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。結果について新たに論文を作成し学術雑誌に投稿する予定である。
|
| 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の実数を測定し、結果を比較検討する予定である。実験系の確立に難渋したが、アクリル血管での模擬血管・動脈瘤流路1号機を完成し流動実験を開始した。これまでの実験で流路における血管壁のWSSの実数を測定できるようになり、アクリル血管に再現された動脈瘤壁のWSSを実数として測定できるようになったところであった。しかしながらこの度の新型コロナウイルス感染拡大により実験そのものが不可能となったり、結果の検証にも支障を来し、実験全体の遅滞を生じた。
現在までに実験の再開はできており、次年度ではweb検討会を行うなど得られた結果の検討会を積極的に行うようにし、必要であれば人工血管モデル2号機も作成し、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。
|
Research Products
(3 results)
