Effect of wall elasticity on hemodynamics inside patient-specific cerebral aneurysm

壁弹性对患者特异性脑动脉瘤内血流动力学的影响

基本信息

批准号：
22K03919
负责人：
山口隆平
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03919/
关键词：
Cerebral aneurysm Wall shear stress Elasticity Flow instability PIV

项目摘要

本研究では、動脈瘤の好発部位である中大脳動脈の分岐部に発生した患者固有の実寸動脈瘤を薄膜弾性壁で再現し、主に実験により弾性壁の効果を検討した。この脳動脈瘤を薄膜実寸弾性壁で再現している研究者は極めて少ない。動脈瘤の進展破裂の予測評評価の精度の向上のため、柔軟な薄膜弾性壁の脳動脈瘤の血流の拍動に伴う膨張収縮形状を再現し、血行力学的因子である壁せん断力WSS、壁せん断力の空間勾配WSSGを正確に予測する実験を実施した。まず、最大の問題である薄膜弾性壁実寸Phantomの作製法を確立しつつ、このモデルをセットする最適な Bathを準備できた。さらに、拍動流量の高い再現性を確立し、粒子画像速度計PIVによる計測を実行し、流体構造連成解析による瘤内血流停滞、動脈瘤の進展・破裂の予測を実行した。今年度は、中大脳動脈瘤の中間面となる一面を取り出し、拍動に伴う瘤形状、WSSおよび瘤入口から瘤の底部に衝突する淀み点回りで、WSSの瘤壁に沿う勾配 (WSSG)が極めて大きくなることから、淀み点回りに作用する張力が破裂の一因になる可能性を見出した。同時にこの一面であるが、弾性モデルの最大及び壁に沿う平均WSSは、何れも剛体モデルよりそれぞれ8％、3％減少することが示された。弾性壁動脈瘤では流れの不安定性の指標である運動エネルギカスケードKEC (Kinetic Energy Cascade)が剛体壁の場合より低周波数で減衰の勾配が大きいことが見いだされつつあり、伸縮する瘤壁の弾性を考慮する必要がある。膨張収縮する薄壁弾性壁動脈瘤内流れに関する論文が Impact Factor のあるJournal of Applied Physics などの雑誌に3編掲載され、2編を投稿中である。

在这项研究中，使用薄膜弹性壁复制了大脑中动脉分叉的患者特异性实时动脉瘤，该部位在动脉瘤中很常见，并且主要通过实验研究了弹性壁的效果。很少有研究人员使用薄膜实尺弹性墙再现了这种脑动脉瘤。动脉瘤的进展为了提高破裂的预测评估的准确性，我们进行了一个实验，以准确预测与柔性薄膜弹性壁的脑动脉瘤血流相关的膨胀和收缩形状，并准确地预测了壁层的血液动力因素的精确构图和渐变的渐变。首先，我们已经建立了制造薄膜弹性墙实际尺寸幻影的方法，这是最大的问题，并准备了最佳浴缸以设置该模型。此外，还建立了脉动流动流的高可重复性，并使用粒子图像速度计PIV进行了测量，并进行了耦合分析的流体结构以预测动脉瘤内的血流停滞以及动脉瘤的进展和破裂。今年，我们发现，去除是大脑中部动脉瘤的中间表面，沿WSS的动脉瘤壁（WSSG）的斜坡（WSSG）变得非常大，在与节拍，WSS和停滞点相关的动脉瘤的形状上，与底部相碰到的底部可能是在填充端的端，而不是填充端的端，而不是填充的端。围绕停滞点作用可能导致破裂。同时，与刚性模型相比，沿弹性模型壁的最大WSS分别降低了8％和3％。在弹性壁动脉瘤中，越来越多地发现，与刚性壁相比，KEC（动能级联）的流动不稳定性指示器的频率较低和更大的阻尼梯度，并且必须考虑伸展动脉瘤壁的弹性。关于收缩薄壁弹性壁动脉瘤流的三篇论文已发表在《应用物理学杂志》等杂志上，并提交了两个。

项目成果

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Characteristic effect of wall elasticity on flow instability and wall shear stress of a full-scale, patient-specific aneurysm model in the middle cerebral artery: An experimental approach

壁弹性对全尺寸、患者特异性大脑中动脉动脉瘤模型的血流不稳定性和壁剪切应力的特征影响：一种实验方法

DOI：
10.1063/5.0085417
发表时间：
2022
期刊：
J. Appl. Phys.
影响因子：
0
作者：
Ryuhei Yamaguchi;Gaku Tanaka;Nadia Shaira Shafii;Kahar Osman;Y. Shimizu;Khalid M. Saqr;and Makoto Ohta
通讯作者：
and Makoto Ohta

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