2014 Fiscal Year Annual Research Report
血管内治療のためのｉｎ ｖｉｖｏ流体構造連成解析システムの開発
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24300158
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大島 まり 東京大学, 大学院情報学環, 教授 (40242127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大石 正道 東京大学, 生産技術研究所, 技術専門職員 (70396901)
山本 創太 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (80293653)
保科 克行 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (90571761)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ステントグラフト / 動脈瘤 / 接触解析 / 流体構造連成解析 / 形状モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、腹部大動脈瘤のステントグラフト血管内治療を対象に、医用画像や計測データから得られた患者個別の情報をもとにin vivoな血流と血管壁およびステントの相互作用を考慮した流体構造連成解析を行うことにより、患者個別に対応した血管内治療を提案することのできるシステムの開発を目的としている。研究は大きく分けて１）医用画像解析、２）構造解析・実験、３）血管内治療シミュレータの構築、の３テーマから成り、最終的にそれらを統合することにより、血流の脈動が血管壁とステントに与える力学的な刺激を解析し、ステントのずり上がりなどを予測できるin vivoシミュレーション・システムを構築する。
3年目の平成26年度は、2年目までに進めてきた研究項目1-2）血管形状変形の時間的・空間的な追跡方法の開発、2-2) ステントの動的力学特性実験、3-2) 流体構連成解析の高速化・3-3) 血流の血管壁とステントに与える影響を考慮した流体構造連成解析の開発に対し、より現実に近いモデルの導入やパラメータを振っての解析を主に行った。次に、2-2）で得られたステントの動的応力―ひずみ関係から同定した材料モデルと材料定数を用いて、2-3) 血管壁とステントの動解析に取り組んだ。具体的には、境界条件や接触条件を検討し、初期屈曲角度と脈動の繰り返し内圧負荷を模擬した条件下での血管壁とステントの動解析を行い、血管壁とステントの変形特性の違いがステントの移動に及ぼす影響を検証した。
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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
当初の研究計画である、１）医用解析、２）構造解析・実験、３）血管内治療シミュレータ構築の3テーマは概ね順調に計画にしたがって進んだといえる。特に、3年目終了の現時点において、１）は血管形状のパラメータ化および時系列変化を追跡する手法を開発した。医学系Journalに論文発表を行った。２）についてはステントの力学的特性を調べるための実験を行った。また、形状とずり上がりの力学的特性を精査するために簡易モデルを構築し、解析を行った。心臓による拍動の影響および体の側屈による血管変形の影響について解析を行った。３）については複数の症例に対して解析を行っている。シミュレータの構築のための症例の整理がまだ完了していない。しかし、1年延長することにより、完了する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ステントグラフトのずり上がり量が実際の症例よりも大きく解析されている。現段階としては、曲げ合剛性の不一致など力学的特性による要因、格子依存性などの計算力学的による要因の２つが考えられる。
今後は、力学的特性による要因については、ステントの曲げ剛性を検討する実験を行っていく予定である。その実験から得られた力学的特性を用いて解析し、解析結果と実験結果を比較することにより、曲げ剛性について検討する。
計算力学の要因については、ステントの部分が折れ曲がる座屈を起こすことから、格子依存性を検討し、計算精度の向上を目指す。また、ステントと血管の接触部における摩擦係数について検討し、また、ステントグラフト装着時の血管壁への圧着状態の再現を可能にするような計算方法を検討する。圧着については脈動解析を始める前の初期条件として、実際の内挿術と同様に、腸骨動脈の内径より大きなステントグラフトを用いて、ステントグラフトと腸骨動脈を圧着させる手法をプログラム内で再現する試みを行う。
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| Causes of Carryover |
26年度に、ステントの材料特性を取得するための動的力学特性実験と、血管－ステント間の構造解析、また流体構造連成解析を行い、学会等にて発表する予定であったが、実験と解析の結果、新たに座屈の影響を考慮する必要性が生じた。そのため、計画を変更し、追加で座屈の実験と解析を行うこととし、発表の一部を遅らせることとしたため、未使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
座屈実験と解析、またその結果を用いた学会発表と論文投稿を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。
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[Journal Article] Biomechanical Analysis of an Aortic Aneurysm Model and Its Clinical Application to Thoracic Aortic Aneurysms for Defining “Saccular” Aneurysms2015
Author(s)
Takafumi Akai, Katsuyuki Hoshina, Sota Yamamoto, Hiroaki Takeuchi, Youkou Nemoto, Marie Ohshima, Kunihiro Shigematsu, Tetsuro Miyata, Haruo Yamauchi, Minoru Ono, Toshiaki Watanabe
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Journal Title
Journal of the American Heart Association
Volume: 4
Pages: 1-11
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 超音波計測による全身循環シミュレーションの評価2014
Author(s)
Shiori Yauchi, Kiyomi Niki, Marie Ohshima, Liang Fuyou, Motoaki Sugawara
Organizer
第37回日本バイオレオロジー学会年会
Place of Presentation
埼玉県さいたま市，大宮ソニックシティ
Year and Date
2014-06-05 – 2014-06-06
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[Presentation] 超音波計測を応用した全身循環シミュレーションの実用化2014
Author(s)
Shiori Yauchi, Kiyomi Niki, Ryota Abe, Marie Ohshima, Motoaki Sugawara
Organizer
The 87th Annual Scientific Meeting of the Japan Society of Ultrasonics in Medicine
Place of Presentation
神奈川県横浜市，パシフィコ横浜
Year and Date
2014-05-09 – 2014-05-11
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