Fluid dynamic change in left atrium after pulmonary lobectomy

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K08796
• Research Institution: Jichi Medical University
• Principal Investigator: 遠藤 俊輔 自治医科大学, 医学部, 教授 (10245037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丹羽 康則 自治医科大学, 医学部, 講師 (20406060) [Withdrawn] ; 坪地 宏嘉 自治医科大学, 医学部, 教授 (50406055) ; 小形 幸代 自治医科大学, 医学部, 講師 (10448847) ; 大谷 智仁 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (40778990)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 肺癌 / 肺葉切除 / 左房内血栓 / 数理的流体解析 / スーパーコンピューター / 散逸エネルギー / ４DCT / 旋回流

Outline of Annual Research Achievements

肺癌に対して左肺上葉切除術を施行した約10症例の術前後の４DCTの左房形状をもとにスーパーコンピューターを用いて左房内の流体解析を行った。
コンピューター流体解析（CFD）によれば左房内の流体は1心拍の間に左房の拡張期には肺静脈から流入した血流により旋回流が発生し、収縮期には左室への駆出流が発生することが明らかとなった。

左上葉切除術を行うと、この流体パターンは大きく変化し、左肺静脈切除断端近傍の血流が遅くなり血栓ができやすくなるとともに症例によっては左房の拡張期に左房内に流入する肺静脈血流が旋回せず左房内で衝突することがわかった。このような現象は、左肺葉切除後の左房の形状や肺静脈に位置、左右肺静脈の流入血流量で規定されるではないかと考えられた。
このようない定性的評価に加え、術前後の左房内の流体の変化を定量的に評価する研究を行っている。４DCT画像が鮮明に撮影できた3人の肺がん患者さんの左上葉切除前後の４DCTを用いて、術前後の左房内の流体の変化を定量的に評価するため、左房内の運動エネルギーの変化、衝突血流に伴う散逸エネルギーの変化を測定した。結果として左上葉切除を行うと左房内の血流が劇的に変化し、3例全て1心拍中に発生する運動エネルギーと衝突流から生じる散逸エネルギーが顕著に増加していた。以上の結果から肺癌術後の脳梗塞は、左房内の流体衝突に伴う散逸エネルギーの増加が原因となっていることが示唆された。
現在は各肺静脈の血流を遮断した場合の左房内の血流パターンの変化と散逸エネルギーの変化を定量的に算出している。