頭蓋内動脈瘤破裂状態の識別：患者固有の流入境界は血行動態シミュレーションでは必須条件ではないかもしれない

Discrimination of intracranial aneurysm rupture status: patient-specific inflow boundary may not be a must-have condition in hemodynamic simulations.

• Wenqiang Li
• Shengzhang Wang
• Zhongbin Tian
• Wei Zhu
• Yisen Zhang
• Ying Zhang
• Yang Wang
• Kun Wang
• Xinjian Yang
• Jian Liu

抄録

背景:

頭蓋内動脈瘤破裂の血行動態を評価する上で，計算流体力学（CFD）は重要であり，流入境界条件の設定は非常に重要である．本研究では，一般化された流入境界条件と患者固有の流入境界条件に基づいて頭蓋内動脈瘤の血行動態を評価し，異なる血行動態の結果が頭蓋内動脈瘤破裂状態の識別に及ぼす影響を検討した．

BACKGROUND: Computational fluid dynamics (CFD) are important in evaluating the hemodynamics of intracranial aneurysm rupture, and the setting of inflow boundary conditions is critical. We evaluated intracranial aneurysm hemodynamics based on generalized versus patient-specific inflow boundary conditions to examine the effect of different hemodynamic results on the discrimination of intracranial aneurysm rupture status.

方法:

156 個の頭蓋内動脈瘤を有する 148 名の患者を登録した．各動脈瘤に対して，患者固有の流入境界条件と一般化された流入境界条件を用いて CFD シミュレーションを 1 回実施した．まず，異なる流入境界条件に基づく頭蓋内動脈瘤の血行動態を比較した．次に，動脈瘤を破裂群と未破裂群に分け，患者固有の流入境界条件と一般化された流入境界条件の下で，両群間の血行動態を比較した．

METHODS: We enrolled 148 patients with 156 intracranial aneurysms. For each included aneurysm, we performed CFD simulation once based on patient-specific and once based on generalized inflow boundary conditions. First, we compared the hemodynamics of intracranial aneurysms based on different inflow boundary conditions. Then, we divided the included aneurysms into a ruptured and unruptured group and compared the hemodynamics between the two groups under patient-specific and generalized inflow boundary conditions.

結果:

特定の流入境界条件を用いた血行動態パラメータについては，複雑な流れ（p=0.002），最小WSSの大きさ（p=0.024），最大低WSS面積（LSA）の低さ（p=0.038），振動性せん断指数（p=0.002）が見られた．さらに，破断した群と破断していない群の血行動態を異なる流入境界条件に基づいて比較したところ，破断した群と破断していない群の血行動態に有意な差が認められた．破裂状態に関連した有意な血行動態パラメータは，フローコンプレックスと不安定フローを有する動脈瘤の割合，LSAの最小値と最大値（それぞれp=0.011，p=0.003，p=0.001，p=0.004）など，同じであることがわかった．

RESULTS: For the hemodynamic parameters using specific inflow boundary conditions, more complex flow (p = 0.002), larger minimum WSS (p = 0.024), lower maximum low WSS area (LSA) (p = 0.038), and oscillatory shear index (p = 0.002) were found. Furthermore, we compared the hemodynamics between ruptured and unruptured groups based on different inflow boundary conditions. We found that the significant hemodynamic parameters associated with rupture status were the same, including the proportion of aneurysms with flow complex and unstable flow and the minimum and maximum of LSA (p = 0.011, p = 0.003, p = 0.001 and p = 0.004, respectively).

結論:

動脈瘤血行動態の患者特異的流入境界条件と一般化流入境界条件は、有意差をもたらした。しかし，破裂状態に関連する有意なパラメータは両条件とも同じであり，患者特異的な流入境界条件は破裂リスクの予測には必要ない可能性があることが示された．

CONCLUSION: Patient-specific and generalized inflow boundary conditions of aneurysmal hemodynamics resulted in significant differences. However, the significant parameters associated with rupture status were the same in both conditions, indicating that patient-specific inflow boundary conditions may not be necessary for predicting rupture risk.