第 20 回 CT サミット報告 ●エキスパートによる新たな技術の展開─その 1 2．数値流体力学（CFD）解析の活用 笹森 大輔 札幌白石記念病院放射線部 脳動脈瘤の発生・増大・破裂の機序は なお 不 明 な 点 が 多く， 数 値 流 体 力 学 （computational fluid dynamics：CFD） による血行力学的要素の解析が数多く報 未破裂動脈瘤の治療 『脳卒中治療ガイドライン 2015』5）に WSS CFD 解析において， 「流れによる摩擦 おいて未 破 裂 動 脈 瘤の治 療に対する 力」すなわち「血流が血管内皮細胞を 八木ら 4）は，2000 年以降を患者個々 recommendation が示されている。これ こする力」を W S S と定義している 7）。 の医用画像から血管形状を構築し，CFD は“International Study of Unruptured Malek ら 8）は，血管内皮細胞の機能を による計算科学により血流を可視化でき Intracranial Aneurysms（ISUIA） ”や 正常に保つには適切な WSS（1 . 5 Pa 以 告されている 。 1） ∼ 3） る時代と位置づけている。CT の歴史を振 “Unruptured Cerebral Aneurysm 上）が必要で，低すぎる WSS（0 . 4 Pa り返ると，1986 年にヘリカル CT（ヘリカ Study in Japan（UCAS Japan） ”など 以下）により動脈硬化・アポトーシスな ルスキャン）が開発され，1998 年には をエビデンスとするもので，脳動脈瘤の どが引き起こされ，強すぎる WSS によ 4 列 MDCT が登場。2000 年以降も多列 形態や部位に応じて生涯の破裂率を予 り血管拡張・蛇行・動脈瘤発生などが 化が進み，高速に高精細な画像の取得が 測し，手術合併症率を上回る場合，治 引き起こされると報告している。また， 可能となった。CT の長足の進歩は，患 療を検討することが推奨されるというも Kamiya ら 9）は，血管は血管壁に作用す 者個々の高精細な血管形状の画像構築に のである。患者個々の血流を CFD 解析 る WSS が一定になるように内皮依存性 寄与し，臨床レベルで CFD 解析による血 で可視化できる現在，プラスアルファの に径を変化させていると報告している。 流の可視化を可能とした。 破裂予測が期待される。 このように，血管がその形態を変化させ 現在のところ，脳動脈瘤に対する CFD 解析に用いる医用画像の満たすべき条件 を示した報告は数少ない。本稿では，デ ジタルファントムを用いて脳動脈瘤に対す 脳動脈瘤の増大・破裂 と CFD 解析 る CFD 解析における形態学的因子に関す Tardy ら は脳動脈瘤の増大・破裂 る基礎的検討から，医用画像の満たすべ には血行力学的因子が関与すると報告 き条件について解説する。 している。近年，医用画像を利用した 6） ながら適切な WSS を保とうとすることは， 一致した見解が得られている。 医用画像における 形態学的因子が WSS に与える影響 CFD 解析で血行力学的負荷を定量的に われわれは，医用画像の形態学的因 評価した報告が散見され，CFD 解析パ 子が WSS に与える影響についてデジタ ラメータの一つである壁面剪断応力（wall ルファントムを用いて解析を行った。デ shear stress：WSS）が脳動脈瘤の増 ジタルファントムの作成には，Autodesk 大や破裂に強く関係しているという観点 社の“123 D Design”を使用した。形態 では共通している。しかし，どのように 学 的 因 子 として， 助 走 距 離（ 以 下， 関与しているかについては，解析結果が entrance length） ，血管直径（以下， 一定していない。この原因の一つとして， vessel diameter） ，流入角度（以下， CFD 解析の条件設定が適切でない可能 f l o w a n g l e） ，動 脈 瘤サイズ（ 以 下， 性が考えられる。安定した CFD 解析の a n e u r y s m s i z e） ，ネック径（ 以 下， ための医用画像の標準化が望まれる。 neck diameter）を変化させたデジタル ファントムを作成し，stereo lithography （ 以 下，S T L）ファイルに変 換した。 〈0913-8919/16/￥300/ 論文 /JCOPY〉 INNERVISION (31・10) 2016 17
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