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2014 年度 実績報告書

血管内治療のためのin vivo流体構造連成解析システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 24300158
研究機関東京大学

研究代表者

大島 まり  東京大学, 大学院情報学環, 教授 (40242127)

研究分担者 大石 正道  東京大学, 生産技術研究所, 技術専門職員 (70396901)
山本 創太  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (80293653)
保科 克行  東京大学, 医学部附属病院, 助教 (90571761)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワードステントグラフト / 動脈瘤 / 接触解析 / 流体構造連成解析 / 形状モデリング
研究実績の概要

本研究は、腹部大動脈瘤のステントグラフト血管内治療を対象に、医用画像や計測データから得られた患者個別の情報をもとにin vivoな血流と血管壁およびステントの相互作用を考慮した流体構造連成解析を行うことにより、患者個別に対応した血管内治療を提案することのできるシステムの開発を目的としている。研究は大きく分けて1)医用画像解析、2)構造解析・実験、3)血管内治療シミュレータの構築、の3テーマから成り、最終的にそれらを統合することにより、血流の脈動が血管壁とステントに与える力学的な刺激を解析し、ステントのずり上がりなどを予測できるin vivoシミュレーション・システムを構築する。
3年目の平成26年度は、2年目までに進めてきた研究項目1-2)血管形状変形の時間的・空間的な追跡方法の開発、2-2) ステントの動的力学特性実験、3-2) 流体構連成解析の高速化・3-3) 血流の血管壁とステントに与える影響を考慮した流体構造連成解析の開発に対し、より現実に近いモデルの導入やパラメータを振っての解析を主に行った。次に、2-2)で得られたステントの動的応力―ひずみ関係から同定した材料モデルと材料定数を用いて、2-3) 血管壁とステントの動解析に取り組んだ。具体的には、境界条件や接触条件を検討し、初期屈曲角度と脈動の繰り返し内圧負荷を模擬した条件下での血管壁とステントの動解析を行い、血管壁とステントの変形特性の違いがステントの移動に及ぼす影響を検証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の研究計画である、1)医用解析、2)構造解析・実験、3)血管内治療シミュレータ構築の3テーマは概ね順調に計画にしたがって進んだといえる。特に、3年目終了の現時点において、1)は血管形状のパラメータ化および時系列変化を追跡する手法を開発した。医学系Journalに論文発表を行った。2)についてはステントの力学的特性を調べるための実験を行った。また、形状とずり上がりの力学的特性を精査するために簡易モデルを構築し、解析を行った。心臓による拍動の影響および体の側屈による血管変形の影響について解析を行った。3)については複数の症例に対して解析を行っている。シミュレータの構築のための症例の整理がまだ完了していない。しかし、1年延長することにより、完了する予定である。

今後の研究の推進方策

ステントグラフトのずり上がり量が実際の症例よりも大きく解析されている。現段階としては、曲げ合剛性の不一致など力学的特性による要因、格子依存性などの計算力学的による要因の2つが考えられる。
今後は、力学的特性による要因については、ステントの曲げ剛性を検討する実験を行っていく予定である。その実験から得られた力学的特性を用いて解析し、解析結果と実験結果を比較することにより、曲げ剛性について検討する。
計算力学の要因については、ステントの部分が折れ曲がる座屈を起こすことから、格子依存性を検討し、計算精度の向上を目指す。また、ステントと血管の接触部における摩擦係数について検討し、また、ステントグラフト装着時の血管壁への圧着状態の再現を可能にするような計算方法を検討する。圧着については脈動解析を始める前の初期条件として、実際の内挿術と同様に、腸骨動脈の内径より大きなステントグラフトを用いて、ステントグラフトと腸骨動脈を圧着させる手法をプログラム内で再現する試みを行う。

次年度使用額が生じた理由

26年度に、ステントの材料特性を取得するための動的力学特性実験と、血管-ステント間の構造解析、また流体構造連成解析を行い、学会等にて発表する予定であったが、実験と解析の結果、新たに座屈の影響を考慮する必要性が生じた。そのため、計画を変更し、追加で座屈の実験と解析を行うこととし、発表の一部を遅らせることとしたため、未使用額が発生した。

次年度使用額の使用計画

座屈実験と解析、またその結果を用いた学会発表と論文投稿を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (14件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Biomechanical Analysis of an Aortic Aneurysm Model and Its Clinical Application to Thoracic Aortic Aneurysms for Defining “Saccular” Aneurysms2015

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Akai, Katsuyuki Hoshina, Sota Yamamoto, Hiroaki Takeuchi, Youkou Nemoto, Marie Ohshima, Kunihiro Shigematsu, Tetsuro Miyata, Haruo Yamauchi, Minoru Ono, Toshiaki Watanabe
    • 雑誌名

      Journal of the American Heart Association

      巻: 4 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1161/JAHA.114.001547.

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of an Image-Based Modeling System to Investigate Evolutional Geometric Changes of a Stent Graft in an Abdominal Aortic Aneurysm2015

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi, Katsuyuki Hoshina, Sota Yamamoto, Youkou Nemoto, Takafumi Akai, Kunihiro Shigematsu, Toshiaki Watanabe, Marie Ohshima
    • 雑誌名

      Circulation Journal

      巻: 15 ページ: CJ-15-0037

    • DOI

      10.1253/circj.CJ-15-0037

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Intramural location and size of arterial calcification are associated with stenosis at carotid bifurcation.2014

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada, Marie Oshima, Yoshihiko Watanabe, Hideki Ogata, Kenji Hashimoto, Hidenori Miyake
    • 雑誌名

      European Journal of Radiology

      巻: 83 ページ: 957-963

    • DOI

      10.1016/j.ejrad.2014.02.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 予測医療のためのマルチスケール血流シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      大島まり
    • 雑誌名

      循環制御

      巻: 35 ページ: 13-16

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Arterial Location-Specific Calcification at the Carotid Artery and Aortic Arch for Chronic Kidney Disease, Diabetes Mellitus, Hypertension, and Dyslipidemia2014

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada, Marie Oshima, Yoshihiko Watanabe & Hidenori Miyake
    • 雑誌名

      Calcified Tissue International and Musculoskeletal Research

      巻: 95 ページ: 267-274

    • DOI

      10.1007/s00223-014-9891-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 脳動脈瘤の血行力学―血流の数値シミュレーションの現状と臨床応用への課題―2014

    • 著者名/発表者名
      大島まり、石上雄太、早川基治
    • 雑誌名

      脳神経外科ジャーナル

      巻: 23 ページ: 710-715

    • DOI

      10.7887/jcns.23.710

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computational Fluid Dynamic Simulation of a Giant Basilar Tip Aneurysm with Eventual Ruputre After Hunterian Ligation2014

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Shojima, Akio Morita, Toshikazu Kimura, Marie Oshima, Taich Kin, Nobuhito Saito
    • 雑誌名

      World Neurosurgery

      巻: 82 ページ: 535.e5-535.e9

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2013.09.034

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantitative Measurement of Blood Flow Volume in the Major Intracranial Arteries by Using 123I-Iodoamphetamine SPECT2014

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Yamada, Masaharu Kobayashi, Yoshihiko Watanabe, Hidenori Miyake and Marie Oshima
    • 雑誌名

      Clinical Nuclear Medicine

      巻: 39 ページ: 868-873

    • DOI

      10.1097/RLU.0000000000000555

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 医療に貢献する計算力学2014

    • 著者名/発表者名
      大島まり
    • 雑誌名

      学術の動向

      巻: 18 ページ: 18-20

    • DOI

      10.5363/tits.19.10_18

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a patient-specific multi-scale simulation system for prediction of hemodynamics in pre- and post-operation2014

    • 著者名/発表者名
      Zhang Hao, Masaharu Kobayashi, Shigeki Yamada, Liang Fuyou, Shu Takagi, Marie Oshima
    • 雑誌名

      生産研究

      巻: 66 ページ: 291-294

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.66.291

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 頚動脈分岐部の狭窄症と石灰化病変の危険因子としての慢性腎症、2型糖尿病、高血圧症、脂質異常症2015

    • 著者名/発表者名
      山田 茂樹、渡邉 芳彦、三宅 英則、緒方 秀樹、小林 匡治、大島 まり
    • 学会等名
      第40回日本脳卒中学会総会
    • 発表場所
      広島県広島市,リーガロイヤルホテル広島・メルパルク広島・NTTクレドホール
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
  • [学会発表] 腹部大動脈ステントグラフトの分岐角度のずり上がりへの影響に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      山口影平、大島まり、山本創太、保科克行、江渡優紀
    • 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
      新潟県新潟市,朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
    • 年月日
      2015-01-09 – 2015-01-10
  • [学会発表] ID脳血流シミュレーションのための3D可視化システムの開発2015

    • 著者名/発表者名
      原田篤、小林匡治、大島まり
    • 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
      新潟県新潟市,朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
    • 年月日
      2015-01-09 – 2015-01-10
  • [学会発表] 下肢動脈の逆流波形の検討2014

    • 著者名/発表者名
      Shiori Yauchi, Kiyomi Niki, Marie Ohshima, Motoaki Sugawara
    • 学会等名
      第41回超音波血流研究会
    • 発表場所
      東京都文京区,フクダ電子本郷新館
    • 年月日
      2014-12-13
  • [学会発表] SPECTを用いた脳虚血予測脳循環モデルの確立2014

    • 著者名/発表者名
      山田 茂樹、大島 まり、小林 匡治、張 浩、渡邉 芳彦、三宅 英則、山本 一夫
    • 学会等名
      第34回日本核医学技術学会総会学術大会
    • 発表場所
      大阪府大阪市,大阪国際会議場
    • 年月日
      2014-11-06 – 2014-11-08
  • [学会発表] 大動脈のシミュレーション研究における医工連携とその成果2014

    • 著者名/発表者名
      保科克行、赤井隆文、根元洋光、大島まり、山本創太、山内治雄、小野稔、重松邦広、渡邉聡明
    • 学会等名
      第55回日本脈管学会総会
    • 発表場所
      岡山県倉敷市,倉敷市芸文館
    • 年月日
      2014-10-30 – 2014-11-01
  • [学会発表] Numerical Simulation of the Interaction between Blood Flow and Arterial Wall with the Peripheral Network2014

    • 著者名/発表者名
      M. Oshima, Y. Ishigami
    • 学会等名
      11th World Congress of Computational Mechanics
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [学会発表] Estimation of mechanical properties of arterial wall from dynamic volume CT images2014

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi, Motoharu Hayakawa, Yoichi Sato and Marie Oshima
    • 学会等名
      11th World Congress of Computational Mechanics
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [学会発表] Multi-Scale FSI Simulation of a Middle Cerebral Artery2014

    • 著者名/発表者名
      M. Oshima, Y. Ishigami, A. Yo, S. Yamamoto
    • 学会等名
      7th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] Development of multi-scale simulation based on spect data2014

    • 著者名/発表者名
      Hao Zhang, Masaharu Kobayashi, Shigeki Yamada, Fuyou Liang, Shu Takagi, Marie Oshima
    • 学会等名
      第37回日本バイオレオロジー学会年会
    • 発表場所
      埼玉県さいたま市,大宮ソニックシティ
    • 年月日
      2014-06-05 – 2014-06-06
  • [学会発表] 超音波計測による全身循環シミュレーションの評価2014

    • 著者名/発表者名
      Shiori Yauchi, Kiyomi Niki, Marie Ohshima, Liang Fuyou, Motoaki Sugawara
    • 学会等名
      第37回日本バイオレオロジー学会年会
    • 発表場所
      埼玉県さいたま市,大宮ソニックシティ
    • 年月日
      2014-06-05 – 2014-06-06
  • [学会発表] 全身循環シミュレーションを用いた血管スティッフネス計測:超音波計測との比較2014

    • 著者名/発表者名
      矢内紫織、仁木清美、大島まり、梁夫友、菅原基晃
    • 学会等名
      第37回日本バイオレオロジー学会年会
    • 発表場所
      埼玉県さいたま市,大宮ソニックシティ
    • 年月日
      2014-06-05 – 2014-06-06
  • [学会発表] 超音波計測を応用した全身循環シミュレーションの実用化2014

    • 著者名/発表者名
      Shiori Yauchi, Kiyomi Niki, Ryota Abe, Marie Ohshima, Motoaki Sugawara
    • 学会等名
      The 87th Annual Scientific Meeting of the Japan Society of Ultrasonics in Medicine
    • 発表場所
      神奈川県横浜市,パシフィコ横浜
    • 年月日
      2014-05-09 – 2014-05-11
  • [学会発表] 大動脈瘤の二次元構造解析による嚢状瘤の定義2014

    • 著者名/発表者名
      保科克行 、赤井隆文、竹内浩明、山本創太、大島まり、根元洋光、西山綾子、宮原拓也、保坂晃弘、岡本宏之、重松邦広、宮田哲郎、渡邉聡明
    • 学会等名
      第114回日本外科学会定期学術集会
    • 発表場所
      京都府京都市,国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都
    • 年月日
      2014-04-03 – 2014-04-05
  • [備考] 東京大学生産技術研究所 大島研究室ホームページ

    • URL

      http://www.oshimalab.iis.u-tokyo.ac.jp/english/research

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公開日: 2016-06-01  

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