Development of Rupture-Risk-Prediction System for Aortic Aneurysm Using Fluid–Structure Interaction Analysis.

使用液体开发主动脉瘤破裂风险预测系统

• 批准号: 21H02868
• 负责人: 竹原 康雄
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02868/
• 关键词: magnetic resonance; aortic aneurysm; rupture risk; 数値流体力学; 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; hemodynamics

本研究は流れの異常が腹部大動脈瘤を生ずるという仮説のもと、流体構造連成解析（FSI）理論に基づき腹部大動脈瘤(AAA)の成長・破裂のリスク予測システムの開発を試みるものである。初年度の研究結果に基づき、動脈壁のコンプライアンスが、壁の脆弱性にも関わるであろうと推定されたため、in-vivoで、60歳台男性と20歳台男性の腹部大動脈壁の拍動による壁の移動と、各時相における血流解析を行うべく、ボランティアスタディを行った。その結果、20歳台男性の壁の拍動による移動がかなり大きく、特に壁剪断応力（WSS）の計測にも影響を与えうることがわかった。これを補正しうる４D Flow MRIの撮影方法の検討を行い、試験的に撮影し、解析を試みた。その結果、balanced FFEで別途撮影を加えることにより、４D Flow MRIと組み合わせて、壁の拍動による位置移動に合わせたWSSの計測は可能と考えられた。更に初年度の研究結果から、壁が拍動によって移動する弾性素材を用いた患者個別ファントムの作製が必要であることがわかり、種々の素材を模索していたが、ようやく、３Dプリンタ用の素材（シリコン・アクリル系）を見出し、ファントム実験を繰り返して、耐久性と弾性を確認した。これにより、MRIで、流体ファントム実験を施行する目処がたったことになる。FSIのためのin-silicoでの準備は早稲田大学の滝沢教室にて行われ、現在も継続中である。2022年度においては、腹部大動脈瘤患者の腹部大動脈壁におけるゼロ応力状態を可視化する試みが行われた。これは広い意味で、ラプラスの法則に基づき、瘤の成長割合を適切に評価するために、ゼロ応力状態に着目し、ゼロ応力状態において、細胞が非等方性に増えることを仮定してモデルを構築する。今後、数値流体力学と流体ファントム実験から導出したWSSとの関係を証明してゆく予定である。

本研究试图基于异常血流导致腹主动脉瘤的假设，开发基于流体结构相互作用（FSI）理论的腹主动脉瘤（AAA）生长和破裂的风险预测系统。根据第一年的研究结果，假设动脉壁的顺应性也与壁的脆性有关，进行了一项志愿者研究来分析每个时间阶段的壁运动和血流。结果表明，20多岁的男性因脉动而产生的墙壁运动相当大，尤其会影响墙壁剪应力（WSS）的测量。我们研究了一种可以纠正这一问题的 4D Flow MRI 成像方法，进行了实验成像并尝试进行分析。因此，通过添加平衡 FFE 的单独成像并与 4D Flow MRI 相结合，可以根据壁脉动引起的位置移动来测量 WSS。此外，从第一年的研究结果来看，我们发现需要使用壁随脉动移动的弹性材料来创建患者专用的体模，在探索了各种材料后，我们最终决定了3D打印机的材料（硅/丙烯酸类型）并重复模型实验以确认其耐用性和弹性。这意味着我们现在有望利用 MRI 进行流体体模实验。 FSI 的计算机准备工作是在早稻田大学泷泽实验室进行的，并且仍在进行中。 2022年，尝试将腹主动脉瘤患者腹主动脉壁的零应力状态可视化。从广义上讲，这是基于拉普拉斯定律，为了正确评估动脉瘤的生长速度，我们关注零应力状态，并基于细胞在零应力状态下各向异性增加的假设进行建模。未来，我们计划通过流体模型实验证明计算流体动力学与 WSS 之间的关系。

项目成果

Time-resolved 3D cine phase-contrast magnetic resonance imaging (4D-flow MRI) can quantitatively assess portosystemic shunt severity and confirm normalization of portal flow after embolization of large portosystemic shunts

时间分辨 3D 电影相位对比磁共振成像 (4D-flow MRI) 可以定量评估门体分流严重程度，并确认大门体分流栓塞后门静脉血流正常化

• DOI: 10.1111/hepr.13616
• 发表时间: 2021
• 作者: Ryota Hyodo; Yasuo Takehara; Takashi Mizuno; Kazushige Ichikawa; Yoji Ishizu; Masataka Sugiyama; Shinji Naganawa
• 通讯作者: Shinji Naganawa

Why 4D Flow MRI? Real Advantages

为什么选择 4D Flow MRI？

• DOI: 10.2463/mrms.e.2022-1000
• 发表时间: 2022-03-01
• 影响因子: 3
• 作者: Takehara, Yasuo;Sekine, Tetsuro;Obata, Takayuki
• 通讯作者: Obata, Takayuki

Clinical Application of 4D Flow MR Imaging for the Abdominal Aorta

腹主动脉4D血流磁共振成像的临床应用

• DOI: 10.2463/mrms.rev.2021-0156
• 发表时间: 2022-03-01
• 影响因子: 3
• 作者: Takehara, Yasuo

Effect of Stent Graft implantation after EVAR on Energy Loss Measurements

EVAR 后覆膜支架植入对能量损失测量的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Takashi Mizuno; Yasuo Takehara; Ryota Hyodo; Ryota Horiguchi; Kazusige Ichikawa; Haruo Isoda; Shinji Abe; Yoshito Ichiba; Shinji Naganawa
• 通讯作者: Shinji Naganawa

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

主动脉侧支术前四维血流敏感磁共振成像评估作为预测 EVAR 后导致囊扩大的 II 型内漏风险的方法

• DOI: 10.1016/j.ejvs.2023.01.042
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 5.7
• 作者: Yamanaka Yuta;Sano Masaki;Katahashi Kazuto;Inuzuka Kazunori;Takehara Yasuo;Ojima Toshiyuki;Takeuchi Hiroya;Unno Naoki
• 通讯作者: Unno Naoki