2022 Fiscal Year Research-status Report
数値流体力学によるシミュレーションを用いたオーダーメイド動注化学療法の開発
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19K19240
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
北島 大朗 横浜市立大学, 附属病院, 助教 (50817351)
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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 口腔癌 / 抗癌剤 / シミュレーション / 数値流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カテーテル２本を頸動脈内に留置した解析モデルの作製およびMeshの付与、またこれまで申請者が行ってきたカテーテル１本を共通幹内に留置させて種々の条件下で抗癌剤を投与したときの共通幹およびその末梢側での抗癌剤の分布についての流体解析を行った．カテーテル２本を留置した状態を再現した解析モデルについては，昨年度の段階で作成まで完了していたが，従来の１本のカテーテルが留置されたものと比較して，血管内腔を占めるカテーテルの体積が増えたことにより，流体領域（とくにカテーテルとカテーテルが近接して流体領域が狭くなっている空間）のMeshの作製について，その種類や密度に関して吟味が必要となった．一つの解析モデルに対してMeshの種類や密度のバリエーションを持たせて解析を行い（Mesh-sensitivity test），Meshの種類はTetra-prism mesh，またPrism layerは４～７層をカテーテルと血管壁の近傍に設置することで，観察したい現象を十分に解像できることが分かった．
カテーテル１本を共通幹内に留置させた状態を模擬した解析モデルは，昨年度はカテーテルを中心線に沿わせて共通幹内に留置させていたが，さらにそれぞれの位置で先端10㎜を上下左右に傾斜させた解析モデルを作製して抗癌剤の挙動を観察した．その結果，従来法を模擬した解析モデルにおいて，抗癌剤の分配比は舌動脈，顔面動脈ともに0％であり，抗癌剤は他の分枝に分布した．超選択的動注法を模擬した解析モデルでは舌動脈の分配比と顔面動脈の分配比はそれぞれ0％～44.2％，55.8％～100％であり ，抗癌剤は舌動脈よりも顔面動脈に流入する傾向にあった．血液の分配比は全ての解析モデルの出口において抗癌剤の分配比と一致しなかった．カテーテルの留置位置に依存せず共通幹内の血流は顔面動脈に向かう傾向にあった．また成果を学会で報告した．
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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
初年度から行ってきたカテーテル１本を外頸動脈あるいは共通幹内に留置した状態の解析モデルに関して，抗癌剤の挙動の規定因子について理解が深まった．
今年度は解析モデルを下記のように合計20個作成した．
①外頸動脈本幹の中心線に沿わせて舌顔面動脈共通幹の分岐部の高さにカテーテル先端を位置づけし，そのカテーテル先端10㎜を前後左右に傾斜させた．
②舌顔面動脈共通幹の中心線に沿わせて舌動脈と顔面動脈の分岐点の6㎜中枢側にカテーテル先端を位置づけし，それから3㎜ずつ舌動脈と顔面動脈の分岐点に向けてカテーテル先端を末梢側に進め，さらにこれらのカテーテル先端10㎜を共通幹内で上下左右に傾斜させた．
全ての解析モデルに対して流体解析を行い，従来法を模擬した解析モデルで抗癌剤の分配比は舌動脈，顔面動脈ともに0％であり，抗癌剤は他の分枝に分布した．超選択的動注法を模擬した解析モデルでは舌動脈の分配比と顔面動脈の分配比はそれぞれ0％～44.2％，55.8％～100％であった．従来法の解析モデルおいて舌動脈および顔面動脈へ向かう流線を描記するとカテーテル先端とは離れた空間に分布していた．超選択的動注法を模擬した解析モデルではいずれの解析モデルにおいても顔面動脈に向かう流線がカテーテル先端を被覆するように分布し，舌動脈へ向かう流線はカテーテル先端の上方にのみ分布していた．また共通幹内の流れ場の変数としてFAθとLAθを定義し（それぞれ値が小さいほど，顔面動脈と舌動脈に流れる血液成分が共通幹内に存在することを意味する）それを評価したところ，全ての解析モデルにおいてFAθはLAθよりも小さく，カテーテルの留置位置に依存せず共通幹内は常に顔面動脈へ向かう血流が優位であった．従来は流線を描記させて定性的な評価しか行ってこなかったが流れ場を角度で示すことで血流の定性的な評価が可能となったため順調と評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
共通幹内の血液の流れ場を評価する指標として独自にLAθとFAθを設定し，FLUENTのUDF（User Define Function）のプログラミングを作製してそれを実行（EXECUTE ON DEMAND）することに成功した．LAθは各メッシュの重心座標と舌動脈内の1点（舌動脈と顔面動脈の分岐部から舌動脈の中心線に沿って2㎜の位置の座標）を結んだ位置ベクトルと各メッシュの重心における速度ベクトルのなす角を示し，FAθは各メッシュの重心座標と顔面動脈内の1点（舌動脈と顔面動脈の分岐部から顔面動脈の中心線に沿って2㎜の位置の座標）を結んだ位置ベクトルと各メッシュの重心における速度ベクトルのなす角を示す．それらの値は，共通幹内の血流が舌動脈と顔面動脈のどちらの方向に向かって流れているのかを定性的に評価する指標である．この変数は頸動脈内の他の任意の点において定義可能であり，次年度は外頸動脈内で共通幹の分岐点から共通幹内の1点（共通幹の分岐部から共通幹の中心線に沿って2㎜の位置の座標）からなる線分と外頸動脈内の任意のメッシュ重心における速度ベクトルとのなす角を求めることでCommom trunkθ（仮称）といった変数を評価する．ほか任意の座標における抗癌剤の質量分率の濃度勾配を出力し，流れ場の変数と抗癌剤の濃度分布との関連性を探ることで，動注化学療法における抗癌剤の分布の規定因子についてより詳しい観察が期待できる．またカテーテル２本を留置した解析モデルの解析を進めることで，２本のカテーテル先端から投与される抗癌剤の流れ場の相互作用について吟味を進める．とくに後頭動脈からカテーテルを留置した際の血管壁の力学的変化については検証されてこなかったため，今まで明らかにされてこなかった初の知見が得られることが期待される．
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| Causes of Carryover |
論文投稿を見送ったことと学会発表に参加しなかったことから差額が生じている．
翌年度の論文投稿に当てる．
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