Name: 頸動脈狭窄症患者のプラーク形態と血行動態を分析するための磁気共鳴画像法ベースの計算プロトコル (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-08-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: 学ぶ頸動脈狭窄症のプラーク形態と血行動態を解析する計算流体力学手法。CRIMSONソフトウェアとNavier-Stokesソルバーを用いて、患者特異的な脳卒中リスク評価を非侵襲的に実現します。

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<table><tbody><tr><td>クリムゾン</td><td>該当なし</td><td>該当なし</td><td>オープンソースのオンラインソフトウェア</td></tr><tr><td>ホロス</td><td>ホロス</td><td>該当なし</td><td>オープンソースのオンラインソフトウェア</td></tr><tr><td>MATLAB バージョン 14</td><td>マスワークス</td><td>該当なし</td><td></td></tr><tr><td>パラビュー</td><td>該当なし</td><td>該当なし</td><td>オープンソースのオンラインソフトウェア</td></tr><tr><td>シーメンス3T VIDA MRIスキャナー&nbsp;</td><td>シーメンス・ヘルティニアーズ</td><td>該当なし</td><td></td></tr></tbody></table>

頸動脈狭窄症患者のプラーク形態と血行動態を分析するための磁気共鳴画像法ベースの計算プロトコル

A Magnetic Resonance Imaging-based Computational Protocol for Analysis of Plaque Morphology and Hemodynamics in Patients with Carotid Artery Stenosis

このMRIに基づいたCFDワークフローをqMatch MRIと組み合わせて使用することで、血行動態の負荷とICA狭窄、およびプラークの特定の成分を特定できます。まず、重要な領域の流れの特徴を正確に表現できるように、高品質のメッシュがあることを確認することから始めます。最終的なメッシュには、アスペクト比の低い十分な数のメッシュ要素が含まれている必要があります(図1A)。アスペクト比の高い粗いメッシュは、不正確なシミュレーション結果につながる可能性があります。次に、境界条件の指定を進めます(図1B)。シミュレーションが正常に完了し、適切な境界条件の調整が完了すると、非侵襲的で患者固有の血行動態を収集できます。
速度、流量、圧力(圧力比や圧力勾配を含む)、WSS、OSIなど、測定できる特定の血行動態指標。 図2 は、頸動脈分岐部とICA狭窄を横切る代表的な速度プロファイルを示しています。心周期全体の最大速度プロファイルの視覚化は、DUSから導出された速度波形の代用として役立ちます。したがって、PSV と拡張末期速度 (EDV) の両方を近似できます。 図3 は、頸動脈分岐部とICA狭窄を横切る圧力(mmHg)の2つの代表的な例を示しています。圧力勾配は、狭窄の近位部と遠位部の圧力波形を収集することによって測定できます。
図3Aでは、狭窄の近位(赤線)と遠位(青線)の圧力に最小限またはまったくの差があります。ただし、図3Bでは、狭窄の近位(赤線)と遠位(青線)の圧力に大きな違いがあります。図4は、頸動脈分岐部とICA狭窄を横切ってマッピングされたWSS(Pa)の2つの代表的な例を示しています。図4Aでは、狭窄全体に低いWSSがありますが、図4Bでは、狭窄全体に大きなWSSがあります。図5は、CEAの前(図5A:術前)と後(図5B:術後)の頸動脈分岐部全体にマッピングされたOSIの比較を示しています。術後マップは、術前と比較して OSI が高い領域を示しています。
qMatch 画像の適切な後処理の後、ダーク ブラッド、T1 強調、T2 強調、MRA、qMatch T1 マップ、および qMatch T2 マップ シーケンスを含む 6 セットの DICOM を含むデータセットが生成されます。これらのデータセットを使用して、カルシウム、IPH、LRNC、線維性キャップの厚さおよび/または破裂などのプラーク成分を視覚化および定量化できます(T1マップおよびT2マップシーケンスを使用)。 表1は 、qMatchデータセット上の各プラーク成分の一般的な特性を示しています。 図6 は、IPH患者からの代表的なqMatchデータセットを示しています。ICAの輪郭は白い実線で、フロールーメンは白い破線で、プラークは黄色の破線で描かれています。T1強調画像では高信号、T1マップではT1測定値が低下したIPH(赤実線)の特徴。 図7 は、石灰化したプラークがひどく残っている患者からの代表的なqMatchデータセットを示しています。ICAの輪郭は白い実線で示され、フロールーメンは白い破線で示されています。プラークの石灰化部分 (オレンジ色の破線) は、暗い血液、T1 強調画像、および T2 強調画像の低強度信号によって示されます。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig1.jpg"> 
図1: 数値流体力学モデリング手法の概要。 (A)患者固有の形状とメッシュの作成、および(B)境界条件の指定。(A) CTA から匿名化された DICOM 画像データを CRIMSON にインポートし、目的の解剖学的構造 (CCA、ICA、ECA を含む) を決定します。中心線点は、対象の解剖学的構造内の各血管の長さに沿って配置されます。容器壁の境界は、等高線を追加することで指定します。容器の枝はロフトされ、フィレット操作と組み合わされます。次に、最終的な幾何学的モデルは、狭窄のレベルで局所的なメッシュが微調整された複数の四面体要素で構成されるメッシュに離散化されます。(B) 圧力と速度の変化を考慮して、3 要素のウィンドケッセルが ICA 出口に処方されます。2D 心臓ゲート PC-MRI は、C5 の CCA レベル (赤い円と楕円) と、近位 ECA の頸動脈分岐点の上 (オレンジ色の円と楕円) と病変の遠位の中央 ICA (青い円と楕円) で取得され、体積血流波形を測定します。流れ波形は、CCA入口とECA出口に規定されています。略語:CTA =コンピューター断層撮影血管造影;CCA = 総頸動脈;ICA = 内頸動脈;ECA = 外頸動脈;PC = 位相差。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig2.jpg"> 
図2:CFDワークフローからの速度情報。 右) CCA、ECA、および ICA を含む頸動脈分岐部のモデルにマッピングされた速度 (cm/s) は、前方図に重度の狭窄があります。左)1つの心周期の経時的な最大速度を視覚化でき、デュプレックス超音波の代用として機能します。略語:CCA =総頸動脈;ECA = 外頸動脈;ICA = 内頸動脈。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig3.jpg"> 
図3:前方図の2つのケースについて、頸動脈分岐部を横切ってマッピングされた圧力(mmHg)の代表的な例。 圧力は、CCA、ECA、およびICAの幾何学的モデルにマッピングされます。(A) ICA狭窄の近位部(赤線、赤色圧力波形)と遠位部(青線、青色圧力波形)の圧力差が最小またはまったくない症例。(B) ICA狭窄の近位部(赤線、赤色圧力波形)と遠位部(青線、青色圧力波形)の圧力差が大きい症例。略語:CCA =総頸動脈;ECA = 外頸動脈;ICA = 内頸動脈。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig4.jpg"> 
図4: 前方図の2つのケースについて、頸動脈分岐部を横切ってマッピングされた壁せん断応力(Pa)の代表的な例。 WSS は、CCA、ECA、および ICA の幾何学的モデルにマッピングされます。(A) ICA 狭窄全体の WSS が低い症例。(B) ICA 狭窄を横切る大きな WSS の症例。略語: WSS = 壁せん断応力;CCA = 総頸動脈;ECA = 外頸動脈;ICA = 内頸動脈。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig5.jpg"> 
図5: 頸動脈内膜切除術前(術前)と術後(術後)の振動せん断指数の比較(前方と後方の両方を含む)。 OSIは、CCA、ECA、およびICAの幾何学的モデルにマッピングされます。病変と修復された病変 (OSI が比較されるセグメント) が強調表示されます。術後マップは、術前と比較して OSI が高い領域を示しています。略語:OSI =振動せん断指数;CCA = 総頸動脈;ECA = 外頸動脈;ICA = 内頸動脈;CEA = 頸動脈内膜切除術。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig6.jpg"> 
図6:プラーク内出血の患者からの代表的なqMatchデータセット。 (A)ダークブラッド、(B)T1強調、(C)T2強調、(D)MRA、(E)qMatch T1マップ、および(F)qMatch T2マップ配列。ICAの輪郭は白い実線で、フロールーメンは白い破線で、プラークは黄色の破線で描かれています。T1強調画像では高信号、T1マップではT1測定値が低下したIPH(赤実線)の特徴。略語:IPH =プラーク内出血。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig7.jpg"> 
図7:石灰化プラークを持つ患者からの代表的なqMatchデータセット。 (A)暗い血液、(B)T1強調、(C)T2強調、(D)MRA、(E)qMatch T1マップ、および(F)qMatch T2マップシーケンス。ICAの輪郭は白い実線で示され、フロールーメンは白い破線で示されています。プラークの石灰化部分 (オレンジ色の破線) は、暗い血液、T1 強調画像、および T2 強調画像の低強度信号によって示されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>プラークコンポーネント</td>
			<td>MRAの</td>
			<td>ダークブラッド</td>
			<td>T1w</td>
			<td>T2w</td>
			<td>T1マップ</td>
			<td>T2マップ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPHの</td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>定量化に使用</td>
			<td>定量化に使用</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>カルシウム</td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>定量化に使用</td>
			<td>定量化に使用</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LRNCの</td>
			<td>=</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>定量化に使用</td>
			<td>定量化に使用</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>繊維キャップ</td>
			<td>-/=</td>
			<td></td>
			<td>-/=</td>
			<td>-</td>
			<td>定量化に使用</td>
			<td>定量化に使用</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1:qMatchデータセット上のプラーク成分の特徴。 略語: MRA = 磁気共鳴血管造影;T1w = T1 加重;T2w = T2 加重;IPH = プラーク内出血;LRNC =脂質が豊富な壊死コア;+ = 超強烈;- = 低強度;(=) 等強度。

Current assessment and management of internal carotid artery (ICA) stenosis is based on the estimation of percentage stenosis via duplex ultrasound (DUS) ...

a-magnetic-resonance-imaging-based-computational-protocol-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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