超高解像度血流解析による脳動脈瘤発生の危険因子の同定

• 研究課題/領域番号: 26670647
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 脳神経外科学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 下權谷 祐児 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (30552575)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 脳動脈瘤 / 血流 / 血行力学 / 計算流体力学 / wall shear stress

研究成果の概要

本研究の目的は，脳動脈瘤の発生に関与する血行力学的危険因子を明らかにすることである。中大脳動脈瘤のCT画像に基づいて血管モデルを構築したのち，瘤を人為的に取り除くことによって瘤発生前の形状を近似的に再構築した。計算流体力学による血流解析により，瘤発生部位と正常部位の間でwall shear stress（WSS）などの血行力学量を比較した。その結果，WSSの多方向性の乱れを定量化する血行力学量が瘤発生部位において有意に高値であった。このことから，WSSの多方向性の時間的乱れが脳動脈瘤の発生において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Sustained expression of MCP-1 by low wall shear stress loading concomitant with turbulent flow on endothelial cells of intracranial aneurysm (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Aoki, K. Yamamoto, M. Fukuda, Y. Shimogonya, S. Fukuda, S. Narumiya
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1186/s40478-016-0318-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Computational and experimental studies into the hemodynamics of cerebral aneurysms (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, S. Fukuda
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 11 号: 1 ページ: 15-00488-15-00488
  • DOI: 10.1299/jbse.15-00488
  • NAID: 130005157931
  • ISSN: 1880-9863
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Numerical methods for simulating blood flows at micro-, macro- and multi-scales (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Imai, T. Omori, Shimogonya, Y., T. Ishikawa, T. Yamaguchi
  • 雑誌名: Journal of Biomechanics 巻: in press 号: 11 ページ: 2221-2228
  • DOI: 10.1016/j.jbiomech.2015.11.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] 脳動脈瘤の形成・増大・破裂における血行力学的因子の役割について (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田俊一, 下權谷祐児
  • 雑誌名: 脳神経外科ジャーナル 巻: 23 号: 8 ページ: 661-666
  • DOI: 10.7887/jcns.23.661
  • NAID: 130004682745
  • ISSN: 0917-950X, 2187-3100
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 中大脳動脈瘤と前交通動脈瘤の血行力学的比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下權谷 祐児, 福田 俊一
  • 学会等名: 日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: ウインクあいち（愛知県名古屋市）
• [学会発表] Wall shear stress strength over the cerebral aneurysm Is drastically affected by aneurysm location while the magnitude of disturbed flow Is closely related to aneurysm size and surface area (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Fukuda, Y. Shimogonya
  • 学会等名: International Stroke Conference 2017
  • 発表場所: Houston (USA)
  • 国際学会
• [学会発表] 計算流体力学(CFD)解析による未破裂脳動脈瘤の最大径および表面積による血行力学的因子の分布の相違の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 福田 俊一, 下權谷 祐児
  • 学会等名: 第46回日本脳卒中の外科学会学術集会
  • 発表場所: 大阪国際会議場（大阪府大阪市）
• [学会発表] Surface area may be a more useful risk factor for cerebral aneurysm rupture than maximum diameter (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Fukuda, Y. Shimogonya
  • 学会等名: Experimental Biology 2017
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 国際学会
• [学会発表] Hemodynamic localizations in anterior communicating artery aneurysms in comparison with middle cerebral artery aneurysms with computational fluid dynamics analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: S Fukuda, Y. Shimogonya, M. Fukuda, T. Tsukahara
  • 学会等名: International Stroke Conference 2016
  • 発表場所: Los Angeles (USA)
  • 年月日: 2016-02-17
  • 国際学会
• [学会発表] 計算流体力学による破裂脳動脈瘤に関する検討：DISTURBED FLOWの観点から (2016)
  • 著者名/発表者名: 下權谷 祐児, 福田 俊一
  • 学会等名: 第39回日本バイオレオロジー学会年会
  • 発表場所: 東海大学校友会館（東京都千代田区）
• [学会発表] The importance of disturbed wall shear stress in the development of cerebral aneurysms (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, S. Fukuda
  • 学会等名: 22nd Congress of the European Society of Biomechanics
  • 発表場所: Lyon (France)
  • 国際学会
• [学会発表] 計算流体力学(CFD)解析による中大脳動脈瘤と前交通動脈瘤破裂率の相違に関する検討：CFD ABO Study中間報告 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田 俊一, 下權谷 祐児
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会第75回学術総会
  • 発表場所: 福岡サンパレス（福岡県福岡市）
• [学会発表] Comparison of hemodynamics between middle cerebral artery and anterior communicating artery aneurysms (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, S. Fukuda
  • 学会等名: 16th International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: Singapore (Singapore)
  • 国際学会
• [学会発表] CFD解析は未破裂脳動脈瘤の診断・治療に貢献しうるか？多施設前向き臨床研究：CFD ABO Study中間解析結果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田 俊一, 下權谷 祐児
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会第74回学術総会
  • 発表場所: ロイトン札幌（北海道）
  • 年月日: 2015-10-15
• [学会発表] Computational fluid dynamics for simulating the blood flow in arteries: its applications to hemodynamic analyses of the cerebral aneurysm formation (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, S. Fukuda
  • 学会等名: 40th Annual Meeting of Japanese Society for Microcirculation Satellite Symposium
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center (Kyoto, Japan)
  • 年月日: 2015-09-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hemodynamic study on the initiation of cerebral aneurysms using left-right comparison method (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, S. Fukuda, T. Ishikawa, T. Yamaguchi
  • 学会等名: 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: Hokkaido University (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2015-09-17
  • 国際学会
• [学会発表] Hemodynamic analysis of the development of human cerebral aneurysms (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, S. Fukuda, Y. Imoto
  • 学会等名: The 18th International Conference on Finite Elements in Flow Problems
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2015-03-16
  • 招待講演
• [学会発表] Investigations using a combination of computational fluid dynamics technique and an animal model of experimentally induced cerebral aneurysms suggest important roles of wall shear stress on the cerebral aneurysm development (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Fukuda, Y. Shimogonya, M. Fukuda, K. Hasegawa
  • 学会等名: International Stroke Conference 2015
  • 発表場所: Nashville (USA)
  • 年月日: 2015-02-11
• [学会発表] 壁面せん断応力の時間的変化に注目した実形状脳動脈瘤の血行力学解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 下權谷 祐児, 福田 俊一, 井本 恭秀, 熊丸 博滋
  • 学会等名: 第27回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県）
  • 年月日: 2015-01-10
• [学会発表] Wall shear stress fluctuations in disturbed blood flow: calculation and classification (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, K. Valen-Sendstad, D.A. Steinman
  • 学会等名: 11th International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Senda International Center (Sendai, Japan)
  • 年月日: 2014-10-08
  • 招待講演
• [学会発表] 流速実測値に基づく境界条件を用いた脳動脈瘤の血行力学解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井本 恭秀, 下權谷 祐児, 福田 俊一, 熊丸 博滋, 伊藤 和宏
  • 学会等名: 第25回バイオフロンティア講演会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取県）
  • 年月日: 2014-10-03
• [学会発表] A novel framework for classifying wall shear stress phenotypes in arterial disturbed blood flow (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, K. Valen-Sendstad, D.A. Steinman
  • 学会等名: 7th World Congress of Biomechanics
  • 発表場所: Boston (USA)
  • 年月日: 2014-07-07
• [学会発表] A framework for classifying and comparing wall shear stress fluctuations in disturbed blood flow (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimogonya, K. Valen-Sendstad, D.A. Steinman
  • 学会等名: International Symposium on Integrated Nanobiomechanics
  • 発表場所: Boston (USA)
  • 年月日: 2014-07-06
• [図書] 基礎からよくわかる 実践的CFD（数値流体力学）入門 脳血管編 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高尾 洋之, 山本 誠, 鈴木 貴士, 増田 俊輔, 村山 雄一, 田中 美千裕, 石橋敏寛, 結城 一郎, 根本 繁, 渡邊 充祥, 滝川 知司, 松丸 祐司, 藤村 宗一郎, 木村 尚人, 面高 俊介, 杉山 慎一郎, 新妻 邦泰, 富永 悌二, 見崎 孝一, 下權谷 祐児 他
  • 総ページ数: 277
  • 出版者: メディカ出版