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

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K16556
• 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
• キーワード: 脳動脈瘤 / 数値流体力学

研究実績の概要

患者固有形状モデルは３次元CT血管造影で得られた血管形状を専用ソフトで1mm未満の血管等のトリミングとスムージングを行った後、stereolithography(STL)ファイルに変換し出力した。次に専用ソフトを用いて脳動脈瘤削除モデルを作成した。頭蓋内ステントの素線径に対応する等価直径0.064mmの球状粒子でステント領域を置換した。そのため3D neckを0.064mmでoffsetし、3D stent domain (3DSD)と定義し、多孔質媒体として数値リモデリングした。STLファイルを元に格子は3DSD以外の部位では最低0.1mm、最大0.6mmの4面体で作成し、3DSDでは多孔質媒体の粒子径以下となるように0.05mmの4面体の格子を用いた。格子間の接触を避けるために、3DSD以外の血管形状の表面には6層の5面体を設定し、3DSDには5層、親動脈を3層の5面体を設定した。血液は密度1056kg/m3、粘性率0.0035Pa・sと仮定した。Time stepは0.0001secで、出口は自由端とし、入口には十分に発達した層流を設定するため、断面積の等価直径に応じて延長した。血流量は内頚動脈の健常成人mass flow waveformを等価直径に応じて症例毎に計算し、非定常数値流体力学(CFD)解析を行った。ステント留置後のCFD解析はステント留置前の血管形状を用い、ステント内血流領域をDarcyの法則に基づいた多孔質媒体領域に設定した。Volume coverage ratioと各種血行力学的パラメータの関係を非定常解析で求めた。さらに頭蓋内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、より短時間にステント留置による血行力学的効果を予測する手法を確立した。

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 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