2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of Rupture-Risk-Prediction System for Aortic Aneurysm Using Fluid–Structure Interaction Analysis.

Research Project

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Project/Area Number	21H02868
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	Takehara Yasuo 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (70188217)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	杉本昌之名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (00447814) 礒田治夫聖隷クリストファー大学, リハビリテーション科学研究科, 臨床教授 (40223060) 杉山将隆名古屋大学, 医学系研究科, 特任助教 (40724844) 滝沢研二早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60415809) 板谷慶一名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (70458777) 駒田智大名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (80718354) 兵藤良太名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (80831388) 牛尾貴輔浜松医科大学, 医学部, 助教 (00402313)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	流体構造連成解析 / 腹部大動脈瘤 / 数値流体力学 / 流体ファントム / 壁剪断応力 / oscillatory shear index / 動脈瘤破裂
Outline of Final Research Achievements	The abdominal aorta undergoes arteriosclerosis with aging, resulting in elongated and curved flow paths that induce local turbulence and a decrease in local wall shear stress (WSS). This promotes the worsening of atherosclerosis and further wall weakening through coagulation-fibrinolysis and immune systems, leading to local wall bulging and further turbulence. This vicious cycle creates abdominal aortic aneurysms. We developed an in-silico model using fluid-structure interaction (FSI) analysis to iteratively reproduce this vicious cycle. This model was validated against in-vivo results from contrast-enhanced MR angiography and 4D Flow MRI, and in-vitro results from phantom experiments, in 12 actual AAA patients. The prototype model showed that the non-dilated abdominal aorta remodels and gradually approximates the shape of an actual AAA.
Free Research Field	放射線医学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	腹部大動脈瘤（AAA）の患者数は増加しており、高齢化に伴いさらなる増加が予想される。また近年、ステントグラフト内挿術（EVAR）の普及により、治療件数も増加し、適応拡大が医療費の膨張を招く恐れがある。このモデルを完成させることができればAAAの予後予測と治療介入時期の最適化を行い、患者の予後を改善するとともに、医療費の削減にも寄与することができる。学術的には、血流の乱れが動脈壁の脆弱化や動脈瘤の成長にどのように影響するかを明らかにするという生理学的、基礎医学的命題の解決に寄与し、流体解析、数値流体力学を基盤とする流体構造連成解析という数学・物理学的手法を医療実践に結びつけるという意義もある。