2019 Fiscal Year Research-status Report
CFD analysis on MR enhanced wall for investigation of mechanism of aneurysm instabiity
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18K18355
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
安西 眸 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (50736981)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 数値流体力学 / 脳動脈瘤 / 造影MRI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では数値流体力学解析(CFD)により血管壁にかかる血流ストレス分布を算出し、磁気共鳴画像(MRI)より得られる炎症反応(増強効果範囲)分布と照らし合わせることで、血流が壁面の生化学的反応に与える影響を解明することを目的とする。昨年度は画像処理に関して深層学習を用いた血管抽出手法の検討を行い、高い精度での血管抽出が可能となった。そこで本年度はさらに深層学習による解析を発展させ、深層学習による流れ場解析を取り入れた。本手法では血管形状に対して内部の流れ場を教師データとして学習させることにより、血管形状を入力するとCFD解析を行うことなく、血管内部の流れ場を得ることが可能となる。本項目は現在雑誌投稿を行い、Revise中である。また本手法に関して、特許出願を行った。
生化学的な観点として、炎症反応と血流ストレス分布に関して基礎的知見を得るため、共同研究として細胞実験を行い、流れ負荷環境下における細胞挙動を調べた。その結果、壁せん断応力分布に応じて細胞が遊走し、血管内皮細胞の密度に疎密が生じた。造影剤による増強効果は造影剤の壁面への沈着・浸透が原因の一つと考えられるため、動脈瘤壁面における細胞分布は造影による増強効果範囲と照らし合わせるため重要な知見となると考えられる。本細胞実験に関しては雑誌投稿を行い、掲載されている。
一方で、動脈瘤内に流入する局所的な血流分布を決定する血管形状には個人差が存在するが、これまでの研究では動脈瘤内の血流に着目し、患者形状における親血管形状の評価は行われてこなかった。これは、血管形状評価のための基準が構築されていないためである。そこで、今後は脳動脈形状を定量的に評価するため、統計的に血管中心線位置の平均およびばらつきを調べ、血管形状と疾患の関連を調べる。
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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
本年度の研究は、当初見込みをおおむね満足するものである。本研究を通して、本年度は雑誌投稿論文が1本掲載され、査読付きプロシーディングスが2報掲載された。脳動脈瘤とCFDに関するレビュー論文は1本掲載されている。また本研究で用いた機械学習の技術を応用し、関連研究として1本の投稿論文が掲載された。
疾患に対する数値流体解析を行う上で最も障害となる点は、統計解析を行うための十分なサンプル数を確保することである。本研究で検討された深層学習等、機械的手法を用いて行うことで、血流解析のボトルネックとなっていた時間の大幅な短縮が見込まれる。造影剤を用いた検査は侵襲的であることから、単純MRIと比べて患者データの取得が難しい。また、検査の非侵襲化が世界的にも推進されている。そこで今後は、造影剤を用いないMRAと流れ場の関連付けが必要となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の通り、造影剤を用いた検査は侵襲的であることから、単純MRIと比べて患者データの取得が難しい。そこで今後は、造影剤を用いないMRAと流れ場の関連付けが必要となる。そこで令和2年度は、MRA画像から得られる血管形状に対してCFD解析を行う。これまでの研究から造影MRIの増強効果にはWSSが関連していることが示唆されたため、血管にかかる壁せん断応力（WSS）を算出する。アテローム性動脈硬化も造影MRIにおいて増強効果が見られ、また脳動脈瘤の発生率と関連があることが知られている。東北大学病院より得られたMRAデータおよび頸部超音波データから各患者の脳底動脈にかかるWSSを算出し、WSSと疾患の相関を調べる。
一方で、血管形状の定量的評価手法を確立することも目標とする。動脈内の局所的な血流分布を決定する血管形状には個人差が存在するが、これまでの研究では動脈瘤内の血流に着目し、患者形状における親血管形状の評価は行われてこなかった。これは、血管形状評価のための基準が構築されていないためである。そこで、今後は脳動脈形状を定量的に評価するため、統計的に血管中心線位置の平均およびばらつきを調べ、血管形状と疾患の関連を調べる。
またこれまで疾患データに着目してきたが、疾患群との比較として、東北メディカルメガバンクとの共同研究により健常群の解析も行う。平均動脈形状構築の手法に関して特許出願を行い、論文投稿を行う。
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Research Products
(14 results)
