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研究
簡便で単一のソフトウェアによる未破裂脳動脈瘤のCFD解析—術前に動脈瘤壁の菲薄化を予測できるか？
著者： 堀恵美子1 梅村公子1 堀聡1 岡本宗司1 柴田孝1 久保道也1 堀江幸男1 高正圭2 柏崎大奈2 黒田敏2
所属機関： 1済生会富山病院脳神経外科 2富山大学医学部脳神経外科
ページ範囲：P.199 - P.206
文献購入ページに移動Ⅰ．はじめに
脳動脈瘤破裂によるくも膜下出血（subarachnoid hemorrhage：SAH）は，現在においても予後不良となる患者が少なくない20)．そのため，未破裂脳動脈瘤の破裂予防は極めて重要である9,31)．一方，近年の多施設共同研究UCAS-Japanなどによって，日本人の脳動脈瘤の破裂リスクが明らかとなりつつあり28)，脳動脈瘤の局在，サイズなどがそのリスクを決定することが判明している．しかし，直径3mm未満の極めて小さな脳動脈瘤も少なからず破裂することが広く知られており17,29)，今後，未破裂脳動脈瘤の破裂リスクを評価する際には脳動脈瘤壁の厚さ13)など，新たなバイオマーカーが重要な因子になると考えられている5)．
近年，動脈瘤内の血行動態を解析する目的でcomputational fluid dynamics（CFD）が広く利用されつつあり，瘤内のずり応力（wall shear stress：WSS）や圧（pressure）などの因子が動脈瘤の破裂に関与していることが判明しつつある．しかし，その解析には，複数のソフトウェアを用いて多段階の操作や長時間の計算を要するため，未だに限られた施設で研究用として採用されているのが現状であり，一般臨床で個々の症例に利用するほど普及していない点で課題を残している4,22,24,27)．
今回われわれは，CFDのために必要な機能をすべて包含した単一のソフトウェアを用いて，未破裂脳動脈瘤の血行動態を脳動脈瘤頚部クリッピング術の前に解析して，その解析結果が動脈瘤壁の厚さを予測することが可能かどうかを術中に比較検討したので，報告する．
脳動脈瘤破裂によるくも膜下出血（subarachnoid hemorrhage：SAH）は，現在においても予後不良となる患者が少なくない20)．そのため，未破裂脳動脈瘤の破裂予防は極めて重要である9,31)．一方，近年の多施設共同研究UCAS-Japanなどによって，日本人の脳動脈瘤の破裂リスクが明らかとなりつつあり28)，脳動脈瘤の局在，サイズなどがそのリスクを決定することが判明している．しかし，直径3mm未満の極めて小さな脳動脈瘤も少なからず破裂することが広く知られており17,29)，今後，未破裂脳動脈瘤の破裂リスクを評価する際には脳動脈瘤壁の厚さ13)など，新たなバイオマーカーが重要な因子になると考えられている5)．
近年，動脈瘤内の血行動態を解析する目的でcomputational fluid dynamics（CFD）が広く利用されつつあり，瘤内のずり応力（wall shear stress：WSS）や圧（pressure）などの因子が動脈瘤の破裂に関与していることが判明しつつある．しかし，その解析には，複数のソフトウェアを用いて多段階の操作や長時間の計算を要するため，未だに限られた施設で研究用として採用されているのが現状であり，一般臨床で個々の症例に利用するほど普及していない点で課題を残している4,22,24,27)．
今回われわれは，CFDのために必要な機能をすべて包含した単一のソフトウェアを用いて，未破裂脳動脈瘤の血行動態を脳動脈瘤頚部クリッピング術の前に解析して，その解析結果が動脈瘤壁の厚さを予測することが可能かどうかを術中に比較検討したので，報告する．
参考文献
1) Blankena R, Kleinloog R, Verweij BH, van Ooij P, ten Haken B, Luijten PR, Rinkel GJE, Zwanenburg JJM：Thinner regions of intracranial aneurysm wall correlate with regions of higher wall shear stress：a 7T MRI study. AJNR Am J Neuroradiol 37：1310-1317, 2016
2) Boussel L, Rayz V, McCulloch C, Martin A, Acevedo-Bolton G, Lawton M, Higahida R, Smith WS, Young WL, Saloner D：Aneurysm growth occurs at region of low wall shear stress：patient-specific correlation of hemodynamics and growth in a longitudinal study. Stroke 39：2997-3002, 2008
3) Cebral JR, Sheridan M, Putman CM：Hemodynamics and bleb formation in intracranial aneurysms. AJNR Am J Neuroradiol 31：304-310, 2010
4) Cebral JR, Meng H：Counterpoint：realizing the clinical utility of computational fluid dynamics--closing the gap. AJNR Am J Neuroradiol 33：396-398, 2012
5) Cebral J, Ollikainen E, Chung BJ, Mut F, Sippola V, Jahromi BR, Tulamo R, Hernesniemi J, Niemelä M, Robertson A, Frösen J：Flow conditions in the intracranial aneurysm lumen are associated with inflammation and degenerative changes of the aneurysm wall. AJNR Am J Neuroradiol 38：119-126, 2017
6) Chong W, Zhang Y, Qian Y, Lai L, Parker G, Mitchell K：Computational hemodynamics analysis of intracranial aneurysms treated with flow diverters：correlation with clinical outcomes. AJNR Am J Neuroradiol 35：136-142, 2014
7) Jing L, Fan J, Wang Y, Li H, Wang S, Yang X, Zhang Y：Morphologic and hemodynamic analysis in the patients with multiple intracranial aneurysms：ruptured versus unrutured. PLoS One 10：e0132494, 2015
8) Jou LD, Lee DH, Morsi H, Mawad ME：Wall shear stress on ruptured and unruptured intracranial aneurysms at the internal carotid artey. AJNR Am J Neuroradiol 29：1761-1767, 2008
9) Juvela S, Porras M, Heiskanen O：Natural history of unruptured intracranial aneurysms：a long-term follow-up study. J Neurosurg 79：174-182, 1993
10) Kadasi LM, Dent WC, Malek AM：Colocalization of thin-walled dome regions with low hemodynamic wall shear stress in unruptured cerebral aneurysms. J Neurosurg 119：172-179, 2013
11) 河本俊介，持木かなえ，金谷英明，荻野雅宏，金 彪：未破裂脳動脈瘤手術におけるCISS画像による術前評価の意義．脳卒中の外科40：394-401, 2012
12) Kimura T, Morita A, Shirouzu I, Sora S：Preoperative evaluation of unruptured cerebral aneurysms by fast imaging employing steady-state acquisition image. Neurosurgery 69：412-420, 2011
13) Kleinloog R, Korkmaz E, Zwanenburg JJM, Kuijf HJ, Visser F, Blankena R, Post JA, Ruigrok YM, Luijten PR, Regli L, Rinkel GJE, Verweij BH：Visualization of the aneurysm wall：a 7.0-tesla magnetic resonance imaging study. Neurosurgery 75：614-622, 2014
14) Kolega J, Gao L, Mandelbaum M, Mocco J, Siddiqui AH, Natarajan SK, Meng H：Cellular and molecular responses of the basilar terminus to hemodynamics during intracranial aneurysm initiation in a rabbit model. J Vasc Res 48：429-442, 2011
15) Larrabide I, Geers AJ, Morales HG, Aguilar ML, Rüfenacht DA：Effect of aneurysm and ICA morphology on hemodynamics before and after flow diverter treatment. J Neurointerv Surg 7：272-280, 2015
16) Lee CJ, Zhang Y, Takao H, Murayama Y, Qian Y：A fluid-structure interaction study using patient-specific ruptured and unruptured aneurysm：the effect of aneurysm morphology, hypertension and elasticity. J Biomech 46：2402-2410, 2013
17) Lee GJ, Eom KS, Lee C, Kim DW, Kang SD：Rupture of very small intracranial aneurysms：incidence and clinical characteristics. J Cerebrovasc Endovasc Neurosurg 17：217-222, 2015
18) Metaxa E, Tremmel M, Natarajan SK, Xiang J, Paluch RA, Mandelbaum M, Siddiqui AH, Kolega J, Mocco J, Meng H：Characterization of critical hemodynamics contributing to aneurysmal remodeling at the basilar terminus in a rabbit model. Stroke 41：1774-1782, 2010
19) 三上 毅，大瀧隼也，平野 透，秋山幸功，鰐渕昌彦，宝金清博，三國信啓：マルチモダリティフュージョン画像による視神経近傍の脳動脈瘤の評価．脳卒中の外科41：264-268, 2013
20) Nieuwkamp DJ, Setz LE, Algra A, Linn FH, de Rooij NK, Rinkel GJ：Changes in case fatality of aneurysmal subarachnoid haemorrhage over time, according to age, sex, and region：a meta-analysis. Lancet Neurol 8：635-642, 2009
21) Reymond P, Merenda F, Perren F, Rüfenacht D, Stergiopulos N：Validation of a one-dimensional model of the systemic arterial tree. Am J Physiol Heart Circ Physiol 297：H208-222, 2009
22) Sano T, Ishida F, Tsuji M, Furukawa K, Shimosaka S, Suzuki H：Hemodynamic differences between ruptured and unruptured cerebral aneurysms simultaneously existing in the same location：2 case reports and proposal of a novel parameter oscillatory velocity index. World Neurosurg 98：868.e5-868.e10, 2017
23) Shojima M, Ohima M, Takagi K, Torii R, Hayakawa M, Katada K, Morita A, Kirino T：Magnitude and role of wall shear stress on cerebral aneurysm：computational fluid dynamic study of 20 middle cerebral artery aneurysms. Stroke 35：2500-2505, 2004
24) Steinman DA, Hoi Y, Fahy P, Morris L, Walsh MT, Aristokleous N, Anayiotos AS, Papaharilaou Y, Arzani A, Shadden SC, Berg P, Janiga G, Bols J, Segers P, Bressloff NW, Cibis M, Gijsen FH, Cito S, Pallarés J, Browne LD, Costelloe JA, Lynch AG, Degroote J, Vierendeels J, Fu W, Qiao A, Hodis S, Kallmes DF, Kalsi H, Long Q, Kheyfets VO, Finol EA, Kono K, Malek AM, Lauric A, Menon PG, Pekkan K, Esmaily Moghadam M, Marsden AL, Oshima M, Katagiri K, Peiffer V, Mohameid Y, Sherwin SJ, Schaller J, Goubergrits L, Usera G, Mendina M, Valen-Sendstad K, Habets DF, Xiang J, Meng H, Yu Y, Karniadakis GE, Shaffer N, Loth F：Variability of computational fluid dynamics solutions for pressure and flow in a giant aneurysm：the ASME 2012 Summer Bioengineering Conference CFD Challenge. J Biomech Eng 135：021016, 2013
25) Suzuki T, Takao H, Suzuki T, Kambayashi Y, Watanabe M, Sakamoto H, Kan I, Nishimura K, Kaku S, Ishibashi T, Ikeuchi S, Yamamoto M, Fujii Y, Murayama Y：Determining the presence of thin-walled regions at high-pressure areas in unruptured cerebral aneurysms by using computational fluid dynamics. Neurosurgery 79：589-595, 2016
26) 高尾洋之，山本 誠，大塚 忍，鈴木貴士，増田俊輔，村山雄一，阿部俊昭：数値流体力学（CFD）を用いた脳動脈瘤解析．脳外誌21：298-305, 2012
27) Tsuji M, Ishikawa T, Ishida F, Furukawa K, Miura Y, Shiba M, Sano T, Tanemura H, Umeda Y, Shimosaka S, Suzuki H：Stagnation and complex flow in ruptured cerebral aneurysms：a possible association with hemostatic pattern. J Neurosurg 126；1566-1572, 2017
28) UCAS Japan Investigators, Morita A, Kirino T, Hashi K, Aoki N, Fukuhara S, Hashimoto N, Nakayama T, Sakai M, Teramoto A, Tominari S, Yoshimoto T：The natural course of unruptured cerebral aneurysms in a Japanese cohort. N Eng J Med 366：2474-2482, 2012
29) van Rooij WJ, Keeren GJ, Peluso JP, Sluzewski M：Clinical and angiographic results of coiling of 196 very small（＜or＝3mm）intracranial aneurysms. AJNR Am J Neuroradiol 30：835-839, 2009
30) Wang Z, Kolega J, Hoi Y, Gao L, Swartz DD, Levy EI, Mocco J, Meng H：Molecular alterations associated with aneurysmal remodeling are localized in the high hemodynamic stress region of a created carotid bifurcation. Neurosurgery 65：169-178, 2009
31) Wiebers DO, Whisnant JP, Huston J 3rd, Meissner I, Brown RD Jr, Piepgras DG, Forbes GS, Thielen K, Nichols D, O'Fallon WM, Peacock J, Jaeger L, Kassell NF, Kongable-Beckman GL, Torner JC；International Study of Unruptured Intracranial Aneurysms Investigators：Unruptured intracranial aneurysms：natural history, clinical outcome, and risks of surgical and endovascular treatment. Lancet 362（9378）：103-110, 2003
32) Zarins CK, Zatina MA, Giddens DP, Ku DN, Glagov S：Shear stress regulation of artery lumen diameter in experimental atherogenesis. J Vasc Surg 5：413-420, 1987
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