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

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26670647
• 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
• キーワード: 脳動脈瘤 / 血流 / 血行力学 / 計算流体力学 / wall shear stress

研究実績の概要

本研究課題の平成27年度までの研究から，wall shear stress（WSS）の多方向性の時間的変動（乱れ）によって特徴付けられる量と脳動脈瘤の発生との相関を示唆する結果が得られた。そこで瘤の初期発生段階に加えて，平成28年度は，瘤のより広い段階におけるWSSの役割を調べることを目的として研究を進めた。
UCAS Japanの大規模な観察研究により，脳動脈瘤の破裂率は瘤の形成部位や大きさによって有意に異なることが報告されている。この報告を一つの足掛かりとして，本研究課題では合計90症例に対する血流解析を行い，異なる形成部位あるいは異なる大きさのグループの間でWSSなどの血行力学量を比較し，瘤の破裂率の傾向との相関を調べた。この90症例の内訳は，形成部位による分類では前交通動脈瘤45症例と中大脳動脈瘤45症例，また大きさによる分類では長径5 mm以上が55症例で長径5 mm未満が35症例であった。各症例のCT画像から瘤を含む脳血管形状を抽出し，計算流体力学解析（血流解析）を行うための形状を作成した。また，あらかじめ計測しておいた各症例の収縮期および拡張期の血流量に基づいて拍動波形を仮定し，拍動を考慮した血流解析の境界条件として用いた。
形成部位による比較ではWSSの大きさに関して有意差が認められ，破裂率がより高い前交通動脈瘤でWSSの大きさがより低値であった。WSSの時間的な乱れに関しては有意差が認められなかったものの，その平均値は前交通動脈瘤でより高値であった。瘤の大きさによる比較では，WSSの大きさだけでなく時間的な乱れに関しても有意差が認められた。破裂率がより高い長径5 mm以上のグループでWSSの大きさがより低値で，かつ時間的な乱れがより強く生じていた。以上から，WSSの大きさと時間的な乱れに関して，破裂率の傾向との一定の相関が見られた。

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 ページ: -
  • DOI: http://dx.doi.org/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 ページ: -
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1299/jbse.15-00488
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical methods for simulating blood flow at macro, micro, and multi scales (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Imai, T. Omori, Y. Shimogonya, T. Yamaguchi, T. Ishikawa
  • 雑誌名: Journal of Biomechanics 巻: 49 ページ: 2221-2228
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiomech.2015.11.047
  • 査読あり
• [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)
  • 年月日: 2017-04-23 – 2017-04-23
  • 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）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-17
• [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)
  • 年月日: 2017-02-22 – 2017-02-22
  • 国際学会
• [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）
  • 年月日: 2017-01-20 – 2017-01-20
• [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)
  • 年月日: 2016-12-08 – 2016-12-08
  • 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）
  • 年月日: 2016-10-01 – 2016-10-01
• [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)
  • 年月日: 2016-07-12 – 2016-07-12
  • 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）
  • 年月日: 2016-06-19 – 2016-06-19
• [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 (107-112)
  • 出版者: メディカ出版