ステント留置に伴う脳動脈瘤内血行力学的変化の多孔質媒体を用いた数値流体力学解析

• 研究課題/領域番号: 18K16556
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分56010:脳神経外科学関連
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 辻 正範 三重大学, 医学部附属病院, 医員 (20814908)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 数値流体力学 / 脳動脈瘤 / 頭蓋内ステント / 脳神経血管内治療

研究成果の概要

ステント留置による脳動脈瘤内血行力学的変化を短時間で数値流体力学を用いて解析するため，ステント領域を多孔質媒体でシミュレーションし，ステントセルの縮小変化を多孔質媒体の密度変化に置換する手法を試みた．その結果，動脈瘤の大きさに関わらずステントセルが縮小する程，瘤内の血流低下とうっ滞が生じることが明らかになった．一方，瘤内の乱流はステントセルの縮小に伴い小型や中型動脈瘤では一旦，増加した後に減少したが，大型動脈瘤では更にステントセルが縮小すると再増加した．Flow diverterの適応となる大型の動脈瘤では，小型や中型瘤と比べ，ステント留置後の血行力学的変化はより複雑であることが示唆された．

研究成果の学術的意義や社会的意義

複雑な形状あるいは広い頚部の脳動脈瘤治療のために頭蓋内ステントを応用することが多くなってきた。しかし、ステント留置による脳動脈瘤内の血行力学的変化は明らかではなかった。本研究では数値流体力学を用いてステント領域を多孔質媒体でシミュレーションし、ステントセルの縮小変化を多孔質媒体の密度変化に置換する手法を考案した。これにより、ステント留置により脳動脈瘤内の血流低下やうっ滞がどのような影響を受けるか、短時間で検討可能になり実臨床で使用可能になった。ステント留置後の血行力学的変化にどのような特徴あるいは違いがあるか、個々の脳動脈瘤で検討することにより、今後の脳動脈瘤治療の改良に役立つと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Computational Fluid Dynamics Using a Porous Media Setting Predicts Outcome after Flow-Diverter Treatment (2020)
  • 著者名/発表者名: Beppu M.、Tsuji M.、Ishida F.、Shirakawa M.、Suzuki H.、Yoshimura S.
  • 雑誌名: American Journal of Neuroradiology 巻: 41 号: 11 ページ: 2107-2113
  • DOI: 10.3174/ajnr.a6766
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Double porous media modeling in computational fluid dynamics for hemodynamics of stent-assisted coiling of intracranial aneurysms: a technical case report (2020)
  • 著者名/発表者名: Masanori Tsuji, Fujimaro Ishida, Tomoyuki Kishimoto, Kazuhiro Furukawa, Yoichi Miura, Masato Shiba, Takanori Sano, Keiji Fukazawa, Katsuhiro Tanaka, Hiroshi Tanemura, Yasuyuki Umeda, Ryuta Yasuda, Shinichi Shimosaka, Hidenori Suzuki
  • 雑誌名: Brain Hemorrhages 巻: 1 ページ: 85-88
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantification of hemodynamic irregularity using oscillatory velocity index in the associations with the rupture status of cerebral aneurysms (2018)
  • 著者名/発表者名: Satoru Tanioka, Fujimaro Ishida, Tomoyuki Kishimoto, Masanori Tsuji, Katsuhiro Tanaka, Shinichi Shimosaka, Mitsuru Toyoda, Nobuhisa Kashiwagi, Takanori Sano, Hidenori Suzuki
  • 雑誌名: Journal of NeuroInterventional Surgery 巻: - 号: 6 ページ: 614-617
  • DOI: 10.1136/neurintsurg-2018-014489
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real-World Variability in the Prediction of Intracranial Aneurysm Wall Shear Stress: The 2015 International Aneurysm CFD Challenge (2018)
  • 著者名/発表者名: Valen-Sendstad K, ..., Tsuji M, ..., Steinman DA
  • 雑誌名: Cardiovasc Eng Technol 巻: 9 号: 4 ページ: 544
  • DOI: 10.1007/s13239-018-00374-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 脳動脈瘤頭蓋内ステント留置の治療効果予測技術の開発 -多孔質媒体モデルを用いた数値流体力学による血行力学的評価- (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田藤麿、辻正範、谷岡悟、田中克浩、霜坂辰一、鈴木秀謙
  • 雑誌名: 三重医報 巻: 696 ページ: 28-30
  • 査読あり
• [学会発表] Possibility for preoperative diagnosis of cerebral aneurysm walls based on hemodynamics using computational fluid dynamics (CFD) (2019)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto T, Ishida F, Tsuji M, Tanioka S, Tanaka K, Shimosaka T, Shiba M, Miura Y, Suzuki H
  • 学会等名: The 14th Korea-Japan Joint Conference on Surgery for Cerebral Stroke
  • 国際学会
• [学会発表] 多孔質媒体とコンピュータ支援設計を用いたFlow diverter留置モデルの血行力学的検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 辻 正範, 吉村紳一, 別府幹也, 村上幸己, 中野芙美, 谷岡 悟, 田中克浩, 梅田靖之, 石田藤麿, 鈴木秀謙
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会 第78回学術総会
• [学会発表] 脳動脈瘤の血管内治療における数値流体力学の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 辻 正範
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会第77回学術総会
• [備考] 三重大学大学院脳神経外科学 臨床・研究活動
  • URL: http://www.medic.mie-u.ac.jp/neurosurgery/research/index/index.html