Analysis of blood flow dynamics of great arteries with anatomical information using computational fluid dynamics

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K17154
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 赤澤 祐介 愛媛大学, 医学部附属病院, 助教(病院教員) (10837579)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: CFD解析 / Simlple CoA / 多発肺動脈狭窄 / 肺動脈分岐部狭窄

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、複雑な解剖を有する先天性心疾患(Congenital Heart Disease、CHD)症例における、肺動脈狭窄(Pulmonary Stenosis、PS)に対する解剖学的情報から数値流体シミュレーション(Computational Fluid Dynamics、CFD)解析を行う。PSにおいて、多発狭窄、分岐部末梢性病変などの複雑病変は圧損失(=圧較差)の 過小評価が生じるとされており、治療方針の決定が困難であるが、CFD解析を行うことで真の解剖学的重症度を明らかにし、複雑な解剖学的構造を有するCHDの病 態解明、治療応用を行うことを目的としている。 まず初めに、単独狭窄病変においてCFD解析により得られた圧較差をカテーテル検査にて得られる実測の圧較差と比較し、その精度を検証することとした。血流解析は，信頼性の高い商用の流体解析ソフトウェアFluent(ANSYS社)を用いて行った。 実際の血流にあわせた流 速などの諸条件を用いて、本申請で購入するコンピューターで血管内の血流の様子を数値シミュレーションする。流速条件は計算が比較的容易な定常流として解析することとした。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

まず最初に、単独狭窄病変を有し複雑な心内合併症を伴わない疾患として、単純型大動脈縮窄症(Simple CoA)を対象とし解析を行うこととして計画を進めた。心室中隔欠損症を合併したCoAの修復術後 (心内の血行動態を正常心形態として解析可能)に縮窄部の再狭窄を生じた10代の症例の解析を行い、CFD解析により得られた圧較差はカテーテル検査にて得られる実測の圧較差に非常に非常に近い数値となった。
昨年度はPS症例への解析として肺動脈分岐部狭窄のある症例を選択し解析を進めた。まずは単純な症例として右肺動脈狭窄がある症例をCoAの症例と同様に心臓CTより抽出した肺動脈の3Dデータをもとに解析を行い、こちらもCFD解析により得られた圧較差はカテーテル検査にて得られる実測の圧較差に非常に非常に近い数値となった。

Strategy for Future Research Activity

臨床的遭遇するのは片側肺動脈狭窄に伴い、狭窄側の肺動脈への血流が低下するため(左右差が生じるため)、狭窄部の血流低下により、圧較差が小さく測定されてしまう状況である。狭窄部の治療適応は圧較差にて決定されるため、時として治療の判断に迷うことがある。先に解析した右肺動脈狭窄症例は片側の肺動脈狭窄があるにも関わらず、肺血流の左右差がほぼ認められなかった。本年度はこれまで当院にて治療を受けた、肺血流の左右差ある片側肺動脈狭窄の症例の解析を予定している。
また、研究計画書に従い、主肺動脈並びに分岐部に狭窄の存在する多発PS症例への解析も並行して行う予定としている。

Causes of Carryover

流体解析ソフトウェアのリリースに関して、申請時は900,000円で計上していたが、交付金額は700,000円であったため、リリースのtask数を減らし550,000円(税別)の支払いとなった。また、コロナウイルス感染症の拡大により学会がオンライン開催となり、旅費や人件費が不要であった。次年度使用額と翌年度助成金を合わせ て、可能であればソフトウェアリリースのtask数を増やし、解析効率を高める予定である。