計算力学解析と医用画像計測の融合による脳動脈瘤コイル塞栓術の患者別治療支援

结合计算力学分析和医学图像测量为脑动脉瘤弹簧圈栓塞治疗提供患者特异性治疗支持

• 批准号: 14J01622
• 负责人: 大谷 智仁
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01622/
• 关键词: 数値シミュレーション; 患者個別血流解析; 脳動脈瘤; コイル塞栓

平成2７年度は，コイルが留置された脳動脈瘤内での血流動態の数値流体計算を行うとともに，医用画像と計算力学解析とを融合した患者個別血流解析手法の構築の２つを行った．前年度において構築したコイル塞栓時の瘤内血流解析手法を用いて，瘤内に留置したコイルの形状の違いが血流動態に与える影響を調べた．前年度に構築したコイル挿入の数理モデルを用いてコイル塞栓された脳動脈瘤形状を構築し，これを計算系として用いた数値流体計算を行うことで瘤内血流解析を行った．コイル形状が異なる複数パターンでの血流解析の結果，コイル充填率の増加に伴い瘤内の血流場は大域的に滞留が生じるが，瘤の入口から中心付近にかけての局所領域において相対的に強いせん断流れの形成が見られた．せん断流れの強さは治療効果に影響する血栓の形成に影響することが知られており，コイル形状が治療効果に大きく影響する可能性を示した．医用画像解析と数値流体計算とを融合した患者個別血流解析手法の構築を行った．研究対象としてヒト左心房内の血流動態に着目し，臨床で診断用に撮影された左心房のCT画像データから患者個別の左心房形状や動態を抽出した．一心拍における左心房形状を20位相に分けて撮影し，全ての位相のCT画像から患者の左心房形状を三次元構築した．取得した左心房形状データから，非剛体レジストレーションにより左心房の時空間変位場を取得した．この変位場を境界条件として用いて，患者個別の差心房形状・動態・血流量を全て考慮した数値流体計算に成功した．解析結果はこれまでの研究から知られている左房内血流動態の特徴をよくとらえており，計算結果と計測結果は良好に一致した．以上から，患者の医用画像と計算力学的手法による患者個別の血流解析用フレームワークの構築を達成した．

在2015财年中，我们进行了两个步骤：放置线圈的脑动力瘤内血流动力学的计算流体计算，以及结合了医学图像和计算机械分析的患者特异性血流分析方法的构建。使用上一年构建的线圈栓塞期间的血流分析方法，我们研究了放置在动脉瘤内部的线圈形状差异对血流的影响。使用上一年构建的线圈插入的数学模型，我们构建了线圈栓塞脑动脉瘤形状，并使用该计算系统进行了计算流体计算，以分析动脉瘤内的血流。由于血流形状不同的多种模式的血流分析的结果，尽管动脉瘤内的血流场随着线圈填充速率的增加而具有全球保留，但在从入口到动脉瘤中心的局部区域中观察到相对强的剪切流。众所周知，剪切流的强度会影响血栓形成，这会影响治疗效果，并且表明线圈形状可能对治疗效应具有显着影响。我们已经构建了一种单个患者血流分析的方法，该方法将医学图像分析与计算流体计算相结合。我们专注于人类左心房内的血流动力学作为研究对象，并从左心房的CT图像数据中提取了左心房的形状和动力学，用于临床诊断。将单个心跳的左心形分为20阶段，并且患者的左心形形状是根据所有阶段的CT图像在三维图中构造的。左心房的时空位移场是从获得的左心房形状数据获得的，该数据通过非刚性登记。使用此位移场作为边界条件，我们成功地计算了计算流体，该计算流体考虑了所有患者的所有差异性心房形状，动力学和血流。分析结果捕获了先前研究已知的左心血流体动力学的特征，并且计算结果和测量结果非常吻合。由此，我们使用患者的医学图像和计算机械方法实现了用于个体患者血流分析的框架。

项目成果

Johns Hopkins University(米国)

约翰·霍普金斯大学（美国）

患者個別の心壁運動を考慮した左心房内血流の数値解析

考虑患者特定心脏壁运动的左心房血流数值分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 大谷智仁, Abdullah Al-Issa, Amir Pourmorteza, Elliot R;McVeigh, 和田成生, 足利洋志
• 通讯作者: McVeigh, 和田成生, 足利洋志

Computational modelling of the coil insertion in cerebral aneurysms and its validation

脑动脉瘤线圈插入的计算模型及其验证

• 发表时间: 2015
• 作者: Tomohiro Otani;Satoshi Ii;Tomoyoshi Shigematsu;Toshiyuki Fujinaka;Masayuki Hirata;Tomohiko Ozaki;Shigeo Wada
• 通讯作者: Shigeo Wada

脳動脈瘤治療用コイルの 挿入条件が瘤内コイル分布に与える影響：計算力学モデルによる試行実験

脑动脉瘤治疗中线圈插入条件对动脉瘤内线圈分布的影响：使用计算力学模型的试验实验

• 发表时间: 2015
• 作者: Tomohiro Otani;Satoshi Ii;Tomoyoshi Shigematsu;Toshiyuki Fujinaka;Masayuki Hirata;Tomohiko Ozaki;Shigeo Wada;大谷智仁，伊井仁志，和田成生;大谷智仁，伊井仁志，重松朋芳，藤中俊之，平田雅之，尾崎友彦，和田成生
• 通讯作者: 大谷智仁，伊井仁志，重松朋芳，藤中俊之，平田雅之，尾崎友彦，和田成生

脳動脈瘤に留置された治療用コイル分布に関する計算力学的検討

脑动脉瘤治疗线圈分布的计算力学研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Tomohiro Otani;Satoshi Ii;Tomoyoshi Shigematsu;Toshiyuki Fujinaka;Masayuki Hirata;Tomohiko Ozaki;Shigeo Wada;大谷智仁，伊井仁志，和田成生;大谷智仁，伊井仁志，重松朋芳，藤中俊之，平田雅之，尾崎友彦，和田成生;大谷智仁，重松朋芳，伊井仁志，藤中俊之，平田雅之，尾崎友彦，和田成生
• 通讯作者: 大谷智仁，重松朋芳，伊井仁志，藤中俊之，平田雅之，尾崎友彦，和田成生