2022 Fiscal Year Annual Research Report
Continuum biomechanics of the whole brain circulation for the computational analysis of cerebrovascular diseases
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19H01175
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
和田 成生 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (70240546)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 嘉之 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (20362733)
武石 直樹 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (30787669)
大谷 智仁 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 講師 (40778990)
伊井 仁志 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (50513016)
石田 駿一 神戸大学, 工学研究科, 助教 (80824169)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 脳血流 / 側副血行路 / 脳脊髄液流れ / 脳微小循環 / 画像計測 / 連続体力学 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．側副血行路が脳梗塞時の血流分配に及ぼす影響 これまでに開発してきた全脳血管モデルを応用し，階層性を考慮した血管吻合モデルを構築し，急性の大脳血管梗塞時において，側副血行路が梗塞領域への血液供給の回復に及ぼす影響を評価した．その結果，末梢の細動脈レベルの密な血管吻合に比べ，解剖学的所見に基づく直径100um程度の血管の疎な吻合による効果が支配的であり，10本程度の側副血行路により20%程度の血流回復が見込めることがわかった．
２．脳内水循環メカニズムの解明に向けたシミュレーション画像データ解析 脳室系における脳脊髄液流動のMRI計測について，MRI装置の渦電流に起因するオフセット除去のアルゴリズムを開発した．得られたMRI計測情報と数値計算との流体データ同化手法を構築するとともに，脳脊髄液の流動特性として，流動による脳脊髄液の混合の定量評価指標を提案した．正常圧脳水頭症患者と健常者それぞれ10名に対して脳脊髄液の流動特性を評価し，正常圧脳水頭症患者において，心拍に伴う有意な脳脊髄液の混合を明らかにした．また，血管相，脳間質相(ISF)，脳室相(CFS)からなる全脳モデルを構築し，各相内の拡散と各相間の物質移動を考慮することで，動脈から注入されたO17標識水の脳MRIの時系列画像データを再現した．各相間におけるO17濃度交換の大きな方向依存性から，頭蓋内のO17はCSF空間において一定時間蓄積され，拡散される可能性が示唆された．
３．脳微小循環系における流れと物質輸送解析 赤血球流動モデル，酸素輸送解析モデル，間質流動モデルを構築し，二光子顕微鏡観察より得られたマウス脳微小血管形状を用いて大規模解析を実施した．これにより，血管網における流体力学的な平衡作用が赤血球分配および酸素供給の均一性に重要であること，毛細血管からの水ろ過が間質流れを生み出す可能性を示すことに成功した．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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