動物モデル観察と数値解析による大動脈壁ラメラ層破断の力学機構解明

ラメラ層破断の計算力学モデルの構築に向け，エラスチンラメラ層とラメラ間線維を陽に考慮した連続体力学モデルを改良し，先行研究で示されている血管壁の内圧試験結果を再現する正常血管の計算力学モデルの構築を行った．具体的には，エラスチンシートを膜モデル，ラメラ間の密なエラスチン線維群と平滑筋細胞およびコラーゲン線維群による力学挙動を配向を考慮した異方性超弾性体として扱い，エラスチンが線維状となったStrutをラメラ間を架橋する陽的な弾性要素として区別してモデル化した．これにより，血管壁内で主要な力学要素を個別に取り扱うことができ，個々の力学性状の違いを反映した解析が可能となった．先行研究の内圧・血管半径の試験データについて，シミュレーション結果が一致するよう，各種個別要素のモデルパラメータを同定することで，再現度が高い血管力学モデルの構築を達成できた．さらに，モデルパラメータ変更による個々要素の脆弱化を仮定し解析したところ，エラスチンシートの剛性低下が壁内の応力分布の上昇に最も影響することが分かった．これは，血管壁内の弾性線維脆弱化では，エラスチンシートの弾性が低下するような構造変化が生じる可能性を示唆している．また，ラメラ層内の流動解析を行うための粒子ベース手法の数値流体計算手法に関する基礎検討を行った．弾性線維など血管内壁の複雑な構造を考慮可能な解析メッシュを必要としない移動最小二乗法による計算手法を提案した．単純流れモデルに対する検討で従来手法に匹敵する計算精度が得られることを確認した．動物モデル実験の予備検討より，実験条件の選定を行った．この条件のもと病的モデルの取得を開始し，day0,3,7,14における数十例のサンプル取得を終えた．また，二光子顕微鏡のサンプル画像に対し，画像処理手法の検討と画像処理ソフトウェアによる構造抽出の習得を行った．

ラメラ層破断の計算力学モデルの構築に向け，エラスチンラメラ層とラメラ間線維を陽に考慮した連続体力学モデルを改良し，先行研究で示されている血管壁の内圧試験結果を再現する正常血管の計算力学モデルの構築を行った．具体的には，エラスチンシートを膜モデル，ラメラ間の密なエラスチン線維群と平滑筋細胞およびコラーゲン線維群による力学挙動を配向を考慮した異方性超弾性体として扱い，エラスチンが線維状となったStrutをラメラ間を架橋する陽的な弾性要素として区別してモデル化した．これにより，血管壁内で主要な力学要素を個別に取り扱うことができ，個々の力学性状の違いを反映した解析が可能となった．先行研究の内圧・血管半径の試験データについて，シミュレーション結果が一致するよう，各種個別要素のモデルパラメータを同定することで，再現度が高い血管力学モデルの構築を達成できた．さらに，モデルパラメータ変更による個々要素の脆弱化を仮定し解析したところ，エラスチンシートの剛性低下が壁内の応力分布の上昇に最も影響することが分かった．これは，血管壁内の弾性線維脆弱化では，エラスチンシートの弾性が低下するような構造変化が生じる可能性を示唆している．また，ラメラ層内の流動解析を行うための粒子ベース手法の数値流体計算手法に関する基礎検討を行った．弾性線維など血管内壁の複雑な構造を考慮可能な解析メッシュを必要としない移動最小二乗法による計算手法を提案した．単純流れモデルに対する検討で従来手法に匹敵する計算精度が得られることを確認した．動物モデル実験の予備検討より，実験条件の選定を行った．この条件のもと病的モデルの取得を開始し，day0,3,7,14における数十例のサンプル取得を終えた．また，二光子顕微鏡のサンプル画像に対し，画像処理手法の検討と画像処理ソフトウェアによる構造抽出の習得を行った．