8-5　冠動脈の壁面せん断応力は、将来のプラークと心筋梗塞を予測できるのか

冠動脈の WSS は、どう計算すれば再現できるのか

冠動脈の WSS は形状の取得方法、分岐の扱い、入口流量、格子、血液の模型で変わります。側枝を省くと WSS の中央値は 2.54 Pa から 4.37 Pa に上がりました。専門家推奨は再構成と格子収束の手順を示しています。

冠動脈の WSS は直接測れず、画像から再構成した形状で流れを計算して求めます。8-4予後研究の記事で見たとおり、閾値は研究ごとに桁が違います。冠動脈の WSS を研究間・施設間で比べられる形にするには、計算の各段階で何を揃えればよいのでしょうか。

冠動脈の形状を取得する画像の選び方

冠動脈 WSS の専門家推奨¹は、画像の種類ごとの空間分解能と、研究の目的に応じた選び方を示しています。

画像	空間分解能	推奨される用途
侵襲的造影（3次元再構成）	画素 150〜250 μm	血管内画像が使えない低リスク患者で、WSS と FFR を評価
冠動脈 CT	240〜500 μm	同上。冠動脈樹全体と分岐部の評価に向く
IVUS と造影または CT の融合	65〜150 μm	プラークの進展と組成の変化を調べる研究
OCT と造影または CT の融合	12〜18 μm	線維性被膜などの微細構造、ステント留置部
MRI	1000〜1340 μm	冠動脈の形状の再構成には推奨しない

推奨文書は、造影ベースの WSS の精度には議論がある一方で、FFR のように形状の細部に鈍い量では根拠が強いと書いています。4-4第4章の分解能の記事で扱ったとおり、壁際の速度勾配から作る量は、内腔の形状の誤差を直接受けます。

冠動脈口からの再構成と分岐の扱い

推奨文書は、二次流れが自然に発達するよう、左右とも冠動脈口から関心領域までを再構成し、関心領域の直前の分岐を含めることが、局所の WSS 分布を正しく計算するために不可欠だとしています。

分岐を省くと何が起こるかを示したのが、右冠動脈17例を側枝ありと側枝なしで解き比べた研究²です。側枝を省くと、主幹の流量が側枝の分だけ減らないため、WSS の中央値が 2.54 Pa から 4.37 Pa に上がり、同じ点の差は最大 12.0 Pa に達しました。側枝による主幹の流量の減少は、健常で36.8%、冠動脈疾患で62.6%（いずれも中央値）でした。差は分岐部だけでなく、狭窄部と強い湾曲部にも及びました。

IVUS だけで再構成すると側枝が入らないため、造影と融合して側枝を加える方法が使われます。

入口流量と分流の決め方

方法	用いた研究
造影剤が区間を通過する時間（3次元の体積から）	Stone 2003³、PREDICTION⁴
冠動脈内ドップラーの実測流速	Samady 2011⁵、Wellnhofer 2010²
造影剤の3次元の速度と Murray 則による分流	Kumar 2018⁶
心筋量と血管径から決めた集中定数模型（最大充血）	EMERALD 2019⁷

推奨文書は、患者ごとの流量がなければ、血管径から平均流速を推定する相似則を使ってよいとしています。分岐の流量配分の指数（Wellnhofer らは径の2.6乗、Murray 則は3乗）も、WSS の絶対値を変える仮定です。

格子・血液の模型・拍動の扱い

計算の選択	推奨・報告された影響
格子	細分化ごとの WSS の差が3%以内になるまで収束を確かめる（推奨）
血液の模型	Carreau-Yasuda などの1-3剪断減粘性の模型を使う（推奨）
壁の運動	心臓の運動を含む流体構造連成の有無で、時間平均 WSS の差は約5%（推奨文書の引用）
拍動	時間平均 WSS の分布なら定常計算との差は平均7%未満（Wellnhofer 2010）。OSI などの時間成分には拍動計算が要る
入口・出口付近	入口から血管径の1〜2倍、出口の手前0.5〜1倍の範囲は境界条件の影響を受けるため解析から除く（推奨）

血液の粘度の仮定は、WSS の絶対値に直接効きます。6-3第6章の不確かさの記事で扱った冠動脈の研究では、WSS の絶対値を左右する最大の要因が血液粘度でした。

ステント留置部の計算

ステントを留置した部位では、ストラットの周りに数十 μm の小さな渦ができます。ステントを入れた冠動脈の3次元計算⁸では、ストラットの前後に低 WSS の淀みができ、血流を増やした条件では最小 WSS がステントのない血管より出口で77%低くなりました。

推奨文書は、ストラット周りの流れを解くには、ストラットの高さを約10要素で分割する細かい格子が要り、形状の取得には IVUS より OCT が優れるとしています。ステントの内皮化が進んだ後の平滑な内腔で計算した WSS でも、留置直後の低い WSS が新生動脈硬化を予測したという報告も紹介しています。

冠動脈の WSS 解析で記録すべき条件

冠動脈の WSS を報告するときは、次の項目を条件として残すと、他の研究と比べられるかどうかを読者が判断できます。

項目	記録する内容
形状	画像の種類と空間分解能、再構成の範囲（冠動脈口から含めたか）、含めた側枝
入口と出口	流量の決め方、分流の指数、安静時か最大充血を模したか
格子	収束試験の結果
血液	ニュートン流体か剪断減粘性の模型か、粘度の数値
時間	定常か拍動か
後処理	時間平均か瞬時か、区間の平均か最小値か、除外した入口・出口の範囲

引用文献（8 本）

1

Gijsen F, Katagiri Y, Barlis P ほか. Expert recommendations on the assessment of wall shear stress in human coronary arteries: existing methodologies, technical considerations, and clinical applications. European Heart Journal. 2019.↩

冠動脈 WSS の計算手順を29名が推奨　入口は冠動脈口から、格子は収束3%以内、MRI は形状に不適

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2

Wellnhofer E, Osman J, Kertzscher U ほか. Flow simulation studies in coronary arteries--impact of side-branches. Atherosclerosis. 2010.↩

右冠動脈の計算で側枝を省くと WSS の中央値が 2.54 Pa→4.37 Pa に過大評価　局所差は最大 12 Pa

この文献の解説出版社のページ
3

Stone PH, Coskun AU, Kinlay S ほか. Effect of endothelial shear stress on the progression of coronary artery disease, vascular remodeling, and in-stent restenosis in humans: in vivo 6-month follow-up study. Circulation. 2003.↩

ヒト冠動脈で初の連続観察、低い内皮せん断応力の部位でプラークが厚くなり血管が外向きに拡大

この文献の解説出版社のページ
4

Stone PH, Saito S, Takahashi S ほか. Prediction of progression of coronary artery disease and clinical outcomes using vascular profiling of endothelial shear stress and arterial plaque characteristics: the PREDICTION Study. Circulation. 2012.↩

大きなプラークに低い内皮せん断応力が重なると1年で41%に PCI　どちらも無ければ92%が進行せず

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5

Samady H, Eshtehardi P, McDaniel MC ほか. Coronary artery wall shear stress is associated with progression and transformation of atherosclerotic plaque and arterial remodeling in patients with coronary artery disease. Circulation. 2011.↩

低 WSS の部位はプラーク増大、高 WSS の部位は壊死性コアと石灰化が増え線維成分が減少

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6

Kumar A, Thompson EW, Lefieux A ほか. High Coronary Shear Stress in Patients With Coronary Artery Disease Predicts Myocardial Infarction. Journal of the American College of Cardiology. 2018.↩

病変近位部の WSS が 4.71 Pa を超えると3年の心筋梗塞が増加　FFR に上乗せの予測情報

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7

Lee JM, Choi G, Koo BK ほか. Identification of High-Risk Plaques Destined to Cause Acute Coronary Syndrome Using Coronary Computed Tomographic Angiography and Computational Fluid Dynamics. JACC: Cardiovascular Imaging. 2019.↩

急性冠症候群の前の CT、狭窄・プラーク性状に血流指標を加えると責任病変の識別が向上　最有力は病変前後の FFR 差

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8

LaDisa JF, Guler I, Olson LE ほか. Three-dimensional computational fluid dynamics modeling of alterations in coronary wall shear stress produced by stent implantation. Annals of Biomedical Engineering. 2003.↩

ステントのストラット周囲に低 WSS の淀み、最大充血時の最小 WSS は留置で77%低下

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ここで答えていない問い

冠動脈の WSS は、臨床判断にどこまで使える段階にあるのか。

第8章「冠動脈の壁面せん断応力は、将来のプラークと心筋梗塞を予測できるのか」より　最終更新 2026-10-02