３次元血流領域における流れの複雑性の定量による脳動脈瘤増大・破裂機序の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K10825
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 鈴木 秀謙 三重大学, 医学系研究科, 教授 (90345976)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 脳動脈瘤 / 数値流体力学

研究実績の概要

三次元脳血管撮影またはCT血管造影から得られた形状データで患者固有モデルを作製し、拍動流による数値流体力学(CFD)解析を行った。次に剪断応力Wall Shear Stress (WSS)、WSS関連血行力学的パラメーター、瘤内血流速および血流パターンを計算し可視化した。CFD解析は市販のアプリケーションソフトに独自プログラム（コード）で改良を加えて実施した。さらにCFD解析結果は使用する画像データの質や種類、格子作成技術、解析条件が大きく影響するため、造影剤注入速度や画像解像度などを含め、手技を標準化し、最適なデータ獲得および解析法を設定した。また、分岐部動脈瘤のモデルを複数作製し、全てのモデルの形状データはMimics Innovation Suiteにてstereolithographyで出力すると共に、動脈瘤ドームにおける血流速度の流線を可視化し、WSSおよびWSSベクトルのゆらぎを示すOscillatory Shear Indexを定量した。複雑な三次元血流の定量化を可能とする新しいパラメーターとして暫定的に、時間依存性のゆらぎ、ベクトルに沿った速度勾配、速度勾配ベクトルの時間依存性ゆらぎなどを示すパラメーターを予備的に考案し、三次元血流領域内における速度ベクトルに基づき計算式を作成した。これらの新しいパラメーターが形態不整に伴う血流の複雑性を定量できるか動脈瘤のブレブの数を増やすなど、より形態が複雑な動脈瘤モデルなどで検証し、改良した。完成した新しいパラメーターが動脈瘤の破裂と関連するか、現在までに蓄積した動脈瘤データベースで、後方視的に従来のパラメーターと比較検討した。さらに動脈瘤手術の術前シミュレーションに応用した。

研究成果

• [雑誌論文] Quantification of hemodynamic irregularity using oscillatory velocity index in the associations with the rupture status of cerebral aneurysms (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanioka S, Ishida F, Kishimoto T, Tsuji M, Tanaka K, Shimosaka S, Toyoda M, Kashiwagi N, Sano T, Suzuki H
  • 雑誌名: J Neurointerv Surg 巻: 11 ページ: 614-617
  • DOI: 10.1136/neurintsurg-2018-014489
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Computational fluid dynamics for cerebral aneurysms in clinical settings (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiba M, Suzuki H
  • 学会等名: The 14th Korea-Japan Joint Conference on Surgery for Cerebral Stroke
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Computational fluid dynamics for predicting the recurrence of unruptured cerebral aneurysm after stent-assisted coil embolization (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiba M, Suzuki H
  • 学会等名: The 15th International Conference on Subarachnoid Hemorrhage (ISAH) 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Local hemodynamics of rupture points of cerebral aneurysms evaluated with computational fluid dynamics (CFD) (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishida F, Suzuki H
  • 学会等名: The 15th International Conference on Subarachnoid Hemorrhage (ISAH) 2019
  • 国際学会
• [備考] 三重大学脳神経外科
  • URL: http://www.medic.mie-u.ac.jp/neurosurgery/research/index/index.html