5-2 圧とエネルギー

乱れのエネルギーとして数える

上行大動脈のピーク総 TKE は圧力損失指数と R²=0.91 で相関。狭窄患者で 3〜52 mJ、健常で 3 mJ 未満。ただし侵襲的な基準が得られたのは1例のみです。

狭窄を過ぎた流れは乱れます。乱れは渦として運動エネルギーを持ち、そのエネルギーは最終的に熱に散って戻ってきません。つまり非可逆な圧力損失そのものです。

第4章で見たように、乱流運動エネルギー(TKE)はボクセル内の速度のばらつきとして測れて、空間微分を含みません。これを圧力損失の代わりに使えないか、という発想になります。

大動脈弁狭窄での検証

大動脈弁狭窄を対象にした TKE の研究は、上行大動脈のピーク総 TKE と圧力損失指数を比べ、R² = 0.91 という強い相関を得ました。回帰式まで示されています。

値の桁は、狭窄患者で 3〜52 mJ、健常で 3 mJ 未満。10倍以上の開きがあり、群間差としては明瞭です。

簡易ベルヌーイ式は最大流速1点だけを使い、狭窄後の圧力回復を数えません。この手法はその仮定を置かずに、失われたエネルギーの側から直接測っている——そこが原理的な違いです。

検証の水準は、まだ高くない

ただし採用を判断するには、検証の水準を見る必要があります。

この研究で真の基準となる侵襲的な圧測定が得られたのは、1例のみです。 相関の相手は圧力損失指数という別の非侵襲指標で、それ自体が推定値です。

R² = 0.91 という数字だけを見て「検証済み」と読むと、水準を見誤ります。この論文は、指標として採用するかを判断する材料として読むのが妥当です。

頸動脈でも試されている

同じ発想は他の部位でも試みられています。multi-VENC 4D Flow による頸動脈狭窄の TKE 評価では、VENC を 33/100/300 cm/s の3段構えにし、1.0 mm³ 等方・撮像約10分という条件で撮りました。

VENC を多段にするのは、第4章で見た交換条件を回避する試みです。速い流れに合わせると遅い流れの精度が落ちるので、複数の設定で撮って合成する。この数値の組み合わせは、プロトコル検討の出発点にそのまま使えます。

結果は、TKE が狭窄群 391.5 µJ 対 非狭窄群 254.4 µJ。ただし重要なのは次の点です。NASCET 狭窄率との相関は r = 0.309 と弱く、内膜中膜厚(r = 0.543)やピーク流速(r = 0.462)のほうが強く相関しました。

つまり TKE は狭窄率の代用にはなりません。プラークの不安定性(視覚スケールと r = 0.392)に寄る別の情報を見ている指標として位置づけるのが妥当です。なお、単一 VENC との直接比較は示されていないため、多段化による利得は定量化されていません。

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乱れとして失われる分は測れました。しかし失われ方は乱れだけではありません。次は粘性による散逸を直接積分する方向を見ます。

この記事で読む文献(2 本)

文献一覧
JACC: Cardiovascular Imaging 2013 解析実務に直答 研究の着想

簡易ベルヌーイが数え落とす圧力損失、乱れのエネルギーで捕捉 相関 R²=0.91

TKE から非可逆圧力損失を推定する — 大動脈弁狭窄

上行大動脈のピーク総 TKE と圧力損失指数は R²=0.91 で強く相関した。狭窄患者の TKE は 3〜52 mJ、健常は 3 mJ 未満。簡易ベルヌーイは圧力回復を無視するため負荷を誤分類しうるが、TKE 測定はその仮定を置かずに済む。

Journal of Magnetic Resonance Imaging 2025 解析実務に直答 研究の着想

頸動脈狭窄で TKE は1.5倍 ただし狭窄率との相関は r=0.31 と弱く

Multi-VENC 4D Flow による頸動脈狭窄の TKE 評価

VENC 33/100/300 cm/s の3段構えで撮り、TKE は狭窄群 391.5 µJ 対 非狭窄群 254.4 µJ。ただし NASCET 狭窄率との相関は r=0.309 と弱く、内膜中膜厚(r=0.543)やピーク流速(r=0.462)のほうが強い。狭窄率の代用にはならない。

ここで答えていない問い

  • 乱れではなく、粘性による散逸を直接測ることはできるのか。

第5章「圧とエネルギー」より 最終更新 2026-09-07