脳動脈内の血流に関する数値シミュレーション

くも膜下出血の原因となる脳動脈瘤の発生および破裂は、年令や性差による血管の伸び・曲がりなどの血管形状による流体力学的な因子(流動パターンあるいはせん断応力)の変化が大きく関与していると考えられる。本研究は脳動脈瘤の発生・破裂のメカニズムの解明を目的とし、CT(Computed Tomography)に基づく実形状の血管を用い、超音波流速計によって測定された脈動境界条件として与えることにより、脳動脈内での血流シミュレーションの手法とシステムの開発を行った。本年度は3つの課題に対して以下の成果が得られた。課題1 CTデータを用いた内頚動脈内の数値シミュレーションCTからの血管抽出(pre-processing)、解析(analyzer)、結果の可視化(post-processing)の一連のシステムの構築を行った。また、曲がりの形状をパラメトリックに変化させることにより、壁面せん断応力あるいは2次流れの過渡的な変化を定量的に考察・検証した。課題2 流入および流出境界条件の検証超音波流速計に基づいて脈動する流入境界条件に対して、流入面に対して放物線分布であるポアズイユ分布と面内の脈動を考慮したウォームズリーの境界条件について検証した。その結果、壁面せん断応力の変化はレイノルズ数に依存しており、軸方向成分の変化にはあまり影響を受けないことがわかった。流出境界条件については、一次元モデルを用いた手法の構築を行っている。課題3 PIVによる実験検証実験モデルおよび脈動装置を作成し、可視化実験を行った結果、作動流体や形状による屈折が計測結果に影響を与えないことを検証した。複雑な形状であるため、現在は位置決めなどのキャリブレーションの方法および壁面せん断を求めるための壁近傍での計測方法について検討を行っている。

くも膜下出血の原因となる脳動脈瘤の発生および破裂は、年令や性差による血管の伸び・曲がりなどの血管形状による流体力学的な因子(流動パターンあるいはせん断応力)の変化が大きく関与していると考えられる。本研究は脳動脈瘤の発生・破裂のメカニズムの解明を目的とし、CT(Computed Tomography)に基づく実形状の血管を用い、超音波流速計によって測定された脈動境界条件として与えることにより、脳動脈内での血流シミュレーションの手法とシステムの開発を行った。本年度は3つの課題に対して以下の成果が得られた。課題1 CTデータを用いた内頚動脈内の数値シミュレーションCTからの血管抽出(pre-processing)、解析(analyzer)、結果の可視化(post-processing)の一連のシステムの構築を行った。また、曲がりの形状をパラメトリックに変化させることにより、壁面せん断応力あるいは2次流れの過渡的な変化を定量的に考察・検証した。課題2 流入および流出境界条件の検証超音波流速計に基づいて脈動する流入境界条件に対して、流入面に対して放物線分布であるポアズイユ分布と面内の脈動を考慮したウォームズリーの境界条件について検証した。その結果、壁面せん断応力の変化はレイノルズ数に依存しており、軸方向成分の変化にはあまり影響を受けないことがわかった。流出境界条件については、一次元モデルを用いた手法の構築を行っている。課題3 PIVによる実験検証実験モデルおよび脈動装置を作成し、可視化実験を行った結果、作動流体や形状による屈折が計測結果に影響を与えないことを検証した。複雑な形状であるため、現在は位置決めなどのキャリブレーションの方法および壁面せん断を求めるための壁近傍での計測方法について検討を行っている。