2021 Fiscal Year Annual Research Report
Characteristics of elasticity on suppression for progress and rupture in cerebral aneurysm
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19K04163
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山口 隆平 東北大学, 流体科学研究所, 学術研究員 (90103936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 学 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20292667)
太田 信 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20400418)
TUPIN SIMON 東北大学, 流体科学研究所, 特任助教 (40816394) [Withdrawn]
安西 眸 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (50736981)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | Cerebral aneurysm / Elasticity / Wall shear stress / Kinetic energy cascade / PIV |
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| Outline of Annual Research Achievements |
弾性壁の効果、その実測値を考慮しているCFD研究者は極めて少ない。PIV測定による裏付けに伴う予測評価を向上させることを目標とした。脳動脈瘤の進展・破裂の予測評価の精度の向上のため、柔軟な薄膜弾性壁の脳動脈瘤の血流の拍動に伴う膨張・収縮変形を再現し、血行力学的因子である壁せん断応力WSS、壁せん断応力の空間勾配WSSGを正確に予測する実験を実施した。まず、最大の問題である薄膜弾性壁実寸Phantomを作製法を確立し、このモデルをセットする最適なBathを準備できた。さらに、拍動流量の高い再現性を確立し、粒子画像速度計 PIVによる計測を実行し、流体構造連成解析による瘤内血流停滞、 脳動脈瘤の進展・破裂の予測を実行した。
今年度は、中大脳動脈瘤の中間面となる一断面を取り出し、拍動に伴う変形、WSSおよび瘤入口から瘤の底部に衝突する淀み点回りで、WSSの瘤壁に沿う勾配(WSSG)が極めて大きくなることから、淀み点回りに作用する張力が破裂の一因になる可能性を見い出した。同時に一断面であるが、弾性モデルの最大及び壁に沿う平均WSSは、何れも剛体モデルよりそれぞれ8％、3％減少することが示された。さらに、弾性壁動脈瘤内では 流れの不安定性の指標である運動エネルギカスケードKEC (Kinetic Energy Cascade)が剛体壁の場合より低周波数で減衰の勾配が大きく、弾性壁モデルでは高周波数域では10^-2 のオーダーまで小さく抑制される結果を示し、伸縮する瘤壁の弾性を考慮する必要がある。
瘤壁の弾性は、瘤壁が膨張・収縮すれば変形が生じ、「WSSの抑制と、その空間微分であるWSSGの変化に伴う血管壁細胞間の引張・圧縮という効果、KECが2桁減衰し、瘤の進展・破裂に如何に関与するか」というより進展を抑制するかということを解明した。
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