流体構造連成解析による大動脈瘤成長・破裂のリスク予測システムの開発

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02868
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 竹原 康雄 名古屋大学, 医学系研究科, 特任教授 (70188217)
• 研究分担者: 杉本 昌之 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (00447814) ; 礒田 治夫 聖隷クリストファー大学, リハビリテーション科学研究科, 臨床教授 (40223060) ; 杉山 将隆 名古屋大学, 医学系研究科, 特任助教 (40724844) [辞退] ; 滝沢 研二 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60415809) ; 板谷 慶一 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (70458777) ; 駒田 智大 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (80718354) ; 兵藤 良太 名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (80831388)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 流体構造連成解析 / 腹部大動脈瘤 / 数値流体解析 / 流体ファントム / 壁剪断応力 / oscillatory shear index / 動脈瘤破裂

研究実績の概要

最終年度では、流体構造連成解析（FSI）によるin-silicoでの腹部大動脈瘤（AAA）成長のモデル作製と、その検証を数値流体力学 (CFD)を用いて行った。加齢とともに、腹部大動脈が動脈硬化のために過長となり、それに伴って大動脈の弯曲を生ずる。弯曲の大弯側と小弯側において乱流の生じ方に差があり、局所壁剪断応力（WSS）の低下を招く。WSSの低下した壁では、血管内皮細胞がそれを感知し、凝固線溶系、免疫系の伝達物質産生やVEGF-R2等の遺伝子発現を介して壁脆弱性を生じることが生理学的に既知であり、このため、壁は内圧に屈して膨隆し、その膨隆が更に局所の乱流と時間平均WSS（TAWSS）の低下を招くという仮説の下で動作するモデルを仮想空間に作製した。動脈壁の膨隆のさせ方にはいくつかの可変パラメータを含むが、基本的にゼロ応力仮説を用いた。こうした前提が、実際の症例でも機能するかを検証するため、AAAを有する実際の症例12例の造影MR angiographyをSTLに変換し、弯曲の中心線を共有するような非拡張モデルを作製した。これに４D Flow MRIで計測した実際の症例の血液の流入速度を境界条件として、3次元的にTAWSSを計測し、TAWSSの低下した壁を僅かに膨隆させた新たなモデルを作製した。これに再度CFDを行って、新たなWSSの分布を計測するというプロセスを繰り返したところ、TAWSS の分布を基に解析格子を2 回拡大した結果、shape index （3D形状を曲率の正負とその組み合わせで分類した指標）= 1 に近い部分が増え、実際の完成形AAAの形状に近いリモデリングが得られた。仮説に基づくモデルが機能することがわかった。今後、個別縦断的に追跡できた実症例を蓄積して至適パラメータを決定してゆき、FSIによる大動脈瘤成長・破裂のリスク予測システムは完成することになる。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Siemens Healthcare(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Siemens Healthcare
• [雑誌論文] Evaluation of 4D Flow MRI‐Derived Relative Residence Time as a Marker for Cirrhosis Associated Portal Vein Thrombosis (2024)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryota、Takehara Yasuo、Ishizu Yoji、Nishida Kazuki、Mizuno Takashi、Ichikawa Kazushige、Horiguchi Ryota、Kurata Nobuhiko、Ogura Yasuhiro、Yokoyama Shinya、Naganawa Shinji、Jin Ning、Ichiba Yoshito
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance Imaging 巻: ahead of print ページ: ahead of print
  • DOI: 10.1002/jmri.29357
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Four-dimensional Flow MRI Assessment of Portal Hemodynamics and Hepatic Regeneration after Portal Vein Embolization (2023)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryota、Takehara Yasuo、Mizuno Takashi、Ichikawa Kazushige、Horiguchi Ryota、Kawakatsu Shoji、Mizuno Takashi、Ebata Tomoki、Naganawa Shinji、Jin Ning、Ichiba Yoshito
  • 雑誌名: Radiology 巻: 308 ページ: ahead of print
  • DOI: 10.1148/radiol.230709
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assessing the Complicated Venous Hemodynamics and Therapeutic Outcomes of Budd-Chiari Syndrome with Respiratory-gated 4D Flow MR Imaging During the Expiratory and Inspiratory Phases (2023)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryota、Takehara Yasuo、Mizuno Takashi、Ichikawa Kazushige、Yokoyama Shinya、Ishizu Yoji、Naganawa Shinji
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 22 ページ: 1～6
  • DOI: 10.2463/mrms.ici.2021-0110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pre-Operative Four Dimensional Flow Sensitive Magnetic Resonance Imaging Assessment of Aortic Side Branches as a Method to Predict Risk of Type II Endoleak Resulting in Sac Enlargement After EVAR (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka Yuta、Sano Masaki、Katahashi Kazuto、Inuzuka Kazunori、Takehara Yasuo、Ojima Toshiyuki、Takeuchi Hiroya、Unno Naoki
  • 雑誌名: European Journal of Vascular and Endovascular Surgery 巻: 66 ページ: 17～26
  • DOI: 10.1016/j.ejvs.2023.01.042
  • 査読あり
• [学会発表] Embolization of the large portosystemic shunt increases portal blood flow and improves liver function: a 4D Flow MRI analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hyodo, Yasuo Takehara, Yoji Ishizu,et al.
  • 学会等名: Cardiovascular and Interventional Radiological Society of Europe (CIRSE) Sep. 2023Copenhagen, Denmark.
  • 国際学会
• [学会発表] Patients with liver cirrhosis have more stagnant portal venous blood flow compared to non-cirrhotic subjects: analysis using 4D flow MRI (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hyodo, Yasuo Takehara, Takashi Mizuno, et al.
  • 学会等名: International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) June 7th, 2023, Toronto, Canada
  • 国際学会
• [学会発表] Hemodynamic changes in liver transplant donors after surgery: analysis with 4D flow MRI (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hyodo, Yasuo Takehara, et al.
  • 学会等名: European Congress of Radiology March, 2023, Wien, Austria.
  • 国際学会
• [学会発表] Portal blood flow in the remnant portal branches is increased after percutaneous transhepatic portal vein embolization (PTPVE) for biliary tract cancer: An analysis with 4D flow MRI (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hyodo, Yasuo Takehara, Takashi Mizuno, et al.
  • 学会等名: European Society of Gastrointestinal and Abdominal Radiology 2022, Risbon, Portugal.
  • 国際学会
• [学会発表] 腹部大動脈瘤形成における形状と血流変化に対する考察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 福田航，齋藤耀玖，寺原拓哉，滝沢研二, Tayfun E. Tezduya，竹原康雄
  • 学会等名: 第37 回数値流体力学シンポジウム, 名古屋
• [備考] Researchmap of Yasuo Takehara
  • URL: https://researchmap.jp/read0048358