平成１２年度
卒業論文

水頭症シ水頭症シャントシス
トシステムにおけにおける水力学的水力学的モデリングリング

高知工科大学工学部
知能機械システム工学科
知能流体力学研究室

矢野

貴之

目 次

第一章 緒 言１．１ はじめに１

１．２ 水頭症

１

１．３ 症 状１１．４ 脳室の形状と水頭症の原因

２

１．５ 対症療法とその問題点

２

１．６ 研究目的

３

第二章 実験
実験とモデルとモデル化
２．１ 髄 液４２．１．１ 髄液の粘度測定

４２．１．２ 試 料

４２．１．３ 測定装置

４２．１．４ 測定結果

６２．２ シャントシステム

７２．２．１ 圧可変式バルブシャントシステム

７２．２．２ バルブの圧力損失

８２．２．３ 実験方法

８２．２．４ 実験結果

９２．３ モデル化

１０２．４ 計算式

１１

第三章 結果
結果と考察と考察
３．１ 脳の横弾性係数の妥当性

１３３．２ 脳室と腹腔の高低差と脳室圧に時間変化との関係

１７

３．３ 髄液の流動解析

１８第四章 結 言

２３

参考文献

２４

謝 辞

２５

1第一章

１．１

緒 言

はじめにはじめに高齢者の痴呆症状は，老化に伴ないよく見られるものである．この痴呆の原因となる疾患として，アルツハイマー病，ピック病，ハンチントン病，多発性脳梗塞，ビンスワンガー病などが有名である．高齢者に見られる痴呆の多くは，治療により改善が期待できないとされているなかで，治療の可能な疾患も存在し，水頭症もその疾患の一つである．水頭症の治療は近年目覚しい進歩を遂げ， 治療により治せる痴呆 として注目されている．

１．２ 水頭水頭症
一般に，脳の表面および内部には髄液という液体が貯留し，常に循環している．髄液は，大脳の内部にある脳室と呼ばれる領域で生成され，脳室から脳表へと至り，頭頂部にあるクモ膜顆粒という組織から静脈に吸収されている．この循環の簡単なモデルを図 1-1 に示す．斜線の部分が脳で，その中心にあるのが脳室である．髄液は脳を保護し，また頭蓋内の生理的バランスを保持する役割を持っている(1)．一般的な成人では，脳室の体積は約 150ml であるのに対し，髄液は約500ml/日の割合で生成されており，一日に三回程度入れ代わっていることになる．しかし，何らかの原因で流路が遮断されたり，髄液の吸収が不十分になると，髄液が脳室内に貯留し，脳室圧の増加，脳室の拡大，そして脳萎縮が起こる．この状態が水頭症である．

図 1-1 脳と脳室１．３ 症 状水頭症の症状は，発病する時の成長段階に左右される．出生後早期に発病する水頭症では特有の症状が見られ，幼児期までの症状は頭蓋骨の縫合が開くことで起こる頭囲の拡大や，眼や下肢に起こる神経症状などがあり，高度の水頭症では発達障害がおこる．幼児期

2以降，頭蓋骨の縫合が閉じた後では，頭囲にあまり変化はなく，代わりに頭蓋内圧亢進症状が見られる．頭蓋内圧亢進では，頭痛，嘔吐，鬱血乳頭(眼症状)を呈し，運動低下を来すこともある．また，成人では，痴呆や歩行障害，尿失禁が主にある．

１．４ 脳室
脳室の形状との形状と水頭症の水頭症の原因
図 1-1 で脳室を単純な形で表したが，実際は複雑な形状を有する．図 1-2 に横から見た脳室の詳しい図を示す．髄液は主に側脳室の壁面に存在する脈絡叢という藻のような組織で生成される．側脳室内で生成された髄液はモンロー腔を通って第三脳室へと至る．第三脳室から第四脳室へは中脳水道を通ることになるが，この中脳水道とは内径 0.2〜0.5mm，全長 13〜14mm という極めて細い管である．また，第四脳室からはルシュカ腔，マジャンディー腔を通って脳表に至る．
水頭症の多くは，脳内出血や髄膜炎，脳腫瘍によりこれらの細管が狭窄，または閉塞することで，髄液が脳内に貯留し起こる．しかし，水頭症の原因はまだ完全には解明されておらず，原因不明で発病するケースも多い．

第三脳室
側脳室

モンロー腔

中脳水道

第四脳室
マジャンディー腔
ルシュカ腔
図 1-2 脳室

１．５ 対症
対症療法とそ療法とその問題点の問題点
水頭症の代表的な対症療法にシャント手術がある．これは，脳室から腹腔(あるいは右心房)へシリコンのチューブを通し，余剰の髄液を脳室から排出する処方である．従来よりシ3ャントシステムには，チューブ内に抵抗の役割を果たす差圧バルブが装着されたものが使用されており，これで流量を調節する．しかしながら，手術前に最適な圧設定の差圧バルブを選択することは事実上困難であり，時として圧設定に問題が起こりシャント再建術を要することもある(2)．また，この差圧バルブの構造にも解決すべき多くの問題点があり，中でもサイフォン効果は現在最も注目されいる問題である．サイフォン効果とは，シャント手術後における患者の仰臥位から坐位，または立位など体位変化に伴なう脳室位置の急変により，脳室から髄液が過剰に排出される現象で，これにより起こる脳室圧の低下から，めまいや吐き気，頭痛などを感じ，場合によっては脳内出血を引き起こし，最悪の場合には死に至るケースが発生するなど，無視することのできない問題となっている．
最近では，差圧バルブの進化型となる圧可変式バルブシャントシステムの使用により，最適な圧設定が可能となり，その結果，サイフォン効果の軽減にも成功し，上記の問題は改善されている．しかし，まだサイフォン効果の根本的な解決にはなっておらず，これに苦しむ患者が存在することは事実である．

１．６ 目 的
本研究では，次世代のシャントシステムの開発を最終目的とし，脳内の髄液の流動を予測するために，これを水力学的にモデル化し，脳室の位置変化に対する脳室圧の時間変化や，バルブの圧力損失がこの時間変化に及ぼす影響について数値的に調べることを目的とする．

4

第二章 実験
実験および計および計算

２．１ 髄 液２．１．１ 髄液の粘髄液の粘度測定
度測定
脳内の髄液流動を知るためには，髄液の物性値を知っておくことは重要となる．そこで髄液の粘度を，レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー株式会社の ARES を使用し，測定した．

２．１．２ 試 料

試料となる髄液は，実際の水頭症患者の脳内から排出されたものを，高知医科大学脳神経外科学講師，美馬達夫氏から戴いた．その水頭症患者は髄膜炎にも感染しており，試料の髄液には血液が多少混入していた．そこで，この髄液を遠心分離器に 1000rpm で 10 分間かけ，赤血球を落とした上澄みを使って実験するものとする．

２．１．３ 測定装置
測定装置
ARES の基本システムはテストステーション，ホストコンピュータからなっており，測定はテストステーション，その操作はホストコンピュータで行う．ここで，テストステーションの構造を図 2-1，図 2-2 に示す．図のようにカップ内に試料を入れ，上下に移動可能なステージを操作しカップにボブを挿入する．また，このボブはトランスデューサに接続されている．したがって，カップを回転させることで試料に剪断歪みを発生させ，その剪断歪みに対して試料から発生するトルクをトランスデューサ(計測可能範囲：0.04〜100g cm)で計測することができる．

5モニタ

トランスデューサ

ステージ
ボブ

カップ

ステージの制御

図 2-1 ARES，テストステーション

トランスデューサ
ボブ

トルク

試料

カップ

図 2-2 ボブとカップ

6

ボブの長さを L，ボブの半径を RB ，トルクを M とすると，応力 t は次式で求められる．

t =M98000
32pL(R B )また，剪断速度を g& とすると粘度m はm=tg&となる．

２．１．４ 測定結果
測定結果
測定温度 37.0℃における髄液の粘度と剪断速度の関係を図 2-3 に示す．また， L=32mm，RB=33.3mm とし，参考に水の粘度も測定した．図より，髄液の粘度は剪断速度に対してほぼ一定であることから，髄液は水より若干高粘度のニュートン流体であると見なすことができる．

× 10-31.21.0μ Pa s0.80.60.4cerebrospinal fluid
distilled water

0.20.00102030405060

shear rate 1/s
図 2-3 37.0℃

708090100

7２．２ シャシャントシスントシステム２．２．１ 圧可変式
圧可変式バルブシ
バルブシャントシスャントシステム
現在シャント手術には，メドス＊圧可変式バルブシャントシステムが一般的に使用されている．これは差圧バルブの一種で，そのバルブの全長は 20mm 程度で非常に小さく，またその内部構造は，図 2-4 で示すように髄液の流路をボールで塞ぎ，そのボールをステンレス製板バネで押さえつけているというものであり，これは，脳室側の圧力がバルブで設定された圧力を上回ると，脳室から流れて来た髄液がボールを押し上げて流れて行くという構造になっている．また，このシャントシステムの最大の特徴として，螺旋階段構造を持つカムの存在がある．このカムに専用のトランスミッターで連続電磁信号を照射することでカムを回転させ，板バネの角度を変更し，ボールに及ぼす圧力を調節することができる．これにより，患者個々の年齢および病態による脳室内圧環境の変化に応じて段階的に適切な治療を行うことができるようになり，また，手術後にでも圧設定，変更が行えるた
め，メスを入れることなく，患者の治療，管理方針の修正が可能となった．

ステンレス製板バネ

カム

ボール

圧調節支点
図 2-4 バルブの構造

ステップモータ8

２．２．２ バルブのバルブの圧力損失
圧力損失
脳室内の髄液が一日に 500ml 排出されると仮定すると，チューブ内の髄液の平均流量は約 21ml/h となり，流れは極めて緩やかであると言える．しかし，仰臥位から坐位への起き上がり時のチューブ内の流量は，一時的に 300ml/h を超えることがあり，流量の変化の幅が広いことがわかる．ここで，髄液の流量は，バルブでの抵抗の大きさを変更することで制御するのであるが，流速の変化に伴なってバルブでの圧力損失が変化するのであれば，その変化も考慮する必要がある．よって，流速と圧力損失の関係を実験的に調べた．

２．２．３ 実験方法
実験方法
十分な大きさの容器の底に，圧可変式バルブシャントシステムを取り付け，容器に水を入れる．また，容器の水面から管の出口までの高低差を h とすると，h を変化させることで流量も変化するので，それぞれの h における流量をバルブの圧力損失⊿p をパラ1.2mm
hメータとして計測した．
tube

容器側，出口側の大気圧を p1，p2 とし，水の密度をρ=998 kg/m3，重力加速度を g，管摩擦損失係数

valveをλ，管の内径，長さを d=1.2mm，l=0.67m とすると，損失を考慮したベルヌーイの式より⊿p は次式

図 2-5 実験装置で求められる．このとき，容器側と出口側の大気圧は等しいので p1=p2 とする．
p1 + rgh = p 2 + l

Dp = rgh - ll r 2v + Dpd 2l r 2vd 2

また，水の粘度をμ=1×10-3 Pa s，水の流量を Q ml/h とすると，λはl=である．

16pdm
Qr

9２．２．４ 実験結果
実験結果
圧可変バルブの圧設定をパラメータとし，流速と圧力損失の関係を図 2-6 に示す．図より，圧力損失は流速に対してほぼ一定であり，設定された圧と実際に計測した値がほぼ一致している．このことから，チューブ内における髄液の流速の変化とは無関係にバルブでの圧力損失は安定していることがわかる．

× 10225バル ブ設定 圧
200 mmH 2O
1107030⊿

p Pa

20151050020406080100120140

flow rate ml/h図 2-6 流速と圧力損失の関係

16018010２．３ モデ
モデル化
実際の脳の構造，形態は極めて複雑であり，脳を数値的に計算することは非常に困難である．そこで本研究ではできるだけ簡単なモデル化を試み，脳を等方性物質からなる圧肉球と仮定した．脳のポアソン比，横弾性係数を与えることで実際の脳に限りなく近似することが可能である．
脳，脳室，シャントシステム，腹腔の関係を図 2-7 のようにモデル化する．脳の内部には髄液で満たされた脳室(cerebral ventricle)が存在し，腹腔(peritonium)へとチューブが通されている．また，チューブの途中にはバルブが存在し，ここでの抵抗の大きさを変更することで流量を調節する．脳の外側は頭蓋で覆われており，頭蓋は歪まないと仮定する
ので，頭蓋半径 RO は一定とする．また，髄液は腹腔に至りそこですぐ吸収されると考え，腹腔圧 pO も一定とする．

Cer
Cerebralral veventritricle

RoRipiBra
Brainvalvalvel⊿pd
poPer
Peritonionium

図 2-7 モデル化

h11２．４ 計算
計算式
脳室の体積を V(t)，髄液の生成量を Q(一定)，チューブの内径を d，そこでの平均流速をv(t)とすると
dV
pd 2v
=Qdt
4(1)

が成立する．また，V を半径 Ri の球と仮定すれば
4V = pRi33(2)と表されるので，式(2)を式(1)に代入すると
dRi
pd 2 ö÷1 æçQv=dt4 ÷ø
4pRi2 çè(3)が得られる．ここで，平均流速 v を求める必要があるので，脳室圧を pi，腹腔圧を po(一定)，髄液の密度をρ，重力加速度を g，脳室中心と腹腔との高低差を h，バルブの圧力損失を⊿p，管摩擦係数をλ，チューブの長さを l とすると，損失を考慮したベルヌーイの式より
平均流速 v はp i + rgh = p o + lv=l r 2v + Dpd 22d ( p i - p o + rgh - Dp )llr(4)となる．また，髄液の粘度をμとすると，層流状態でのλはハーゲン・ポアゼイユの法則
より次式で表される．

l=64 16pd m=Q rRe(5)式(4)から，脳室圧 pi を求めるために圧肉球の解析結果(3)を用いる．任意の半径位置 r における変位量δは
d = ar +br2のように表される．ここでα，βは積分定数である．

(6)

12

頭蓋骨位置(r=Ro)でδ=0 の境界条件より
0 = aRo +bRo

(7)

b = -aRo3が得られる．また，式(7)を式(6)に代入して
d = ar -aRo3r2=ar 3 - R o3r(8)となる．
ここで脳室圧もまた圧肉球の解析結果(3)より
æ 1 +nb öp i = -2Gça - 2 3 ÷÷
ç 1 - 2nRi øèæ 1+nR3 ö= -2G ça + 2a o3 ÷ç 1 - 2nRi ÷øè3
ìï 1 + næ Ro ö üï÷ç= -2Ga í+ 2ç÷ ýè Ri ø ïþ
ïî1 - 2n(9)となる．次に積分定数αを決定する必要がある．⊿t 時間前の Ri の値を Riold とすると式(8)より
d =aa =-(R ) - R = dR Dt
dt(R )
old 3i3oi

old 2iRi2
Ro3 - Ri3dRi
Dtdt(10)となるので，式(9)を式(8)に代入して3
æ Ro ö üïdRi ìï 1 + n÷÷ ýp i = 2G 3Dt í+ 2çç
Ro - Ri3 dt
è Ri ø ïþ
ïî1 - 2nRi2(11)が得られる．ここで，式(4)を式(3)に代入すると
dRi1 æç
2d pd 2Q=dt
4pRi2 çè4 llr

öp i - p o + rgh - Dp ÷÷ø(12)となり，式(11)より pi を⊿t 時間間隔で計算することで，脳室圧，脳室半径，髄液の流速の時間変化を数値計算により予測することができる．

13第三章 結果
結果と考察と考察

３．１ 横弾横弾性係数，性係数，ポアソンポアソン比の妥当性
比の妥当性
一般的な脳組織の横弾性係数は G=4.14 kPa である(4)．しかし，この値には個人差があり，また，水頭症の進行状況によっては脳組織の硬質化が起こることもある．そこで，その妥当性を調べるために G をパラメータとして，仰臥位から坐位への起き上がり時における，脳室圧および脳室半径の時間変化を数値的に計算し，結果を以下に示す． h=0.7 m，l=1 m，d=1.2 mm，Ro=7.5 cm，μ=1×10-3 Pa s，ρ=1×103 kg/m3，Q=500 ml/day，ν=0.42 とし，初期値として Ri=2.5 cm とした．また，ある水頭症患者の脳室圧，腹腔圧の実測データより，仰臥位，坐位における脳室圧はそれぞれ 639.946±413 Pa，‑1973.17±600 Pa，腹腔圧はそれぞれ 773.268±387 Pa，2053.16±587 Pa である(5)ので，脳室圧の初期値を pi=639.946 Pa とし，腹腔圧を po=2053.16 Pa(一定)とした．

× 103
1.0

G = 2000 Pa
3000
4000
5000
6000

0.50.0pi Pa-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5-4.005101520t min
図 3-1 脳室圧の時間変化

2530142.8G = 2000 Pa
3000
4000
5000
60002.6Ri cm

2.42.22.01.81.61.4051015202530t min
図 3-2 脳室半径の時間変化

2.5

Ri cm

2.01.51.00.50.0010203040506070G Pa
図 3-3 定常に至った Ri の値と G の関係

8090100× 102

15

図 3-1 より， G が大きくなるに従い脳室圧は急激に変化する．また，脳室圧が定常に至るまでの時間は若干短くなるが，そのときの脳室圧の値は同じである．これは，脳組織が硬化することで脳室圧の変化は激しくなることを意味している．しかし，図 3-2 より，Gが大きくなるに従い，脳室半径の減少の割合は小さくなり，逆に G が小さくなると脳室半径の減少の割合は加速度的に大きくなっている．ここで，この加速度的な脳室半径の減少について詳しく見るために，水頭症患者の起きあがりから 30 分後の，定常に至った脳室半径の値と，脳組織の横弾性係数の関係を図 3-3 に示す．この図から，G=3000Pa 以下の場合には脳室半径の減少の割合は大きく，G=3000Pa 以上の場合には脳室半径の減少の割合にあまり大きな差は見られないことがわかる．一般的な人間の脳組織では G=4000Pa 程度であることから，重度の水頭症患者に見られる脳の硬質化によって，脳室圧は多少急激に変化するが，脳室半径の減少の割合も多少小さくなるので，患者に与える負担の増加は少ないと考えられる．よって，この硬質化に対する横弾性係数の妥当性は十分あると言える．
また，ポアソン比に関しては，一般的にν=0.42 または 0.49 であると言われている．このポアソン比についても妥当性を調べる必要がある．νをパラメータとして，仰臥位から坐位への起き上がり時における，脳室圧，脳室半径の時間変化を数値的に計算し，結果を以下に示す． h=0.7 m，l=1 m，d=1.2 mm，po=2053.16 Pa(一定)， Ro=7.5 cm，μ=1×10-3 Pa s，ρ=1×103 kg/m3，Q=500 ml/day，G=4.14 kPa とし，初期値として pi=639.946
Pa，Ri=2.5 cm とした． 図 3-4，3-5 より，ポアソン比が大きくなるに従い，脳室圧は多少急激に変化するが，脳室半径の減少は少ない．また，その差も微小なことから，脳組織のポアソン比としてどちらを使用しても支障はないと考えられる．

16× 1031.0ν=0.420.49

0.50.0pi Pa-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0051015202530t min
図 3-4 脳室圧の時間変化

2.5Ri cm

2.01.51.00.50.0ν=0.420.4905101520t min
図 3-5 脳室半径の時間変化

253017３．２ 脳室
脳室と腹腔のと腹腔の高低差と高低差と脳室圧の時脳室圧の時間変化の間変化の関係
水頭症は新生児，高齢者に多く発病する病気である．したがって，患者によって身長に大きな差が生じる．特に，成長期を迎える新生児の水頭症患者においては，身長の問題は無視できない．よって，身長差が脳室に与える影響を調べるため，h をパラメータとして，pi の時間変化を計算し，図 3-6 に示す．このとき l=1 m，d=1.2 mm，po=773.268 Pa，Ro=15cm，μ=1×10-3 Pa s，ρ=1×103 kg/m3，Q=500 ml/day，ν=0.42，G=4.14 kPa，⊿p=1000
Pa とし，初期値として pi=639.946 Pa，Ri=5 cm とした．
h が小さければ脳室と腹腔の位置エネルギーの差が少なくなり，脳室圧の減少の割合も小さくなる．図より，h が 0.1 m 大きくなるにつれて脳室圧の減少の割合は約 1000 Pa づつ大きくなっていることから，h の脳室圧のに対する影響力は大きいと言える．特に，新生児の水頭症患者の場合，成長に伴なってバルブの圧設定を変更する必要性があることがわかる．

× 103
1h = 0.5 m
0.60.70.80pi Pa-1-2-3-4-505101520t min
図 3-6 脳室圧の時間変化と h の関係

253018

３．３ 髄液髄液の流動解の流動解析
水頭症患者の仰臥位から坐位への起き上がり時における脳室圧 pi，脳室半径 Ri，髄液の流速 v の時間変化を，それぞれバルブの圧力損失⊿p をパラメータとして示す．h=0.7 m，l=1 m，d=1.2 mm，pi=639.946 Pa，Ro=7.5 cm，μ=1×10-3 Pa s，ρ=1×103 kg/m3，Q=500ml/day，ν=0.42，G=4.14 kPa とし，初期値として po=2053.16 Pa，Ri=2.5 cm とした．
図より，t=0 で脳室が高位置に設定されたことによる髄液の急激な流出の影響で脳室圧，脳室半径は減少しており，2〜3 分程度で陰圧化することがわかる．また，⊿p が小さいほどその減少の割合は大きく，pi については⊿p=300 Pa で pi=‑4350 Pa 以下まで減少する．
脳室圧が‑4500 Pa を下回ると低脳室圧性頭痛が起こることから(5)，サイフォン効果による髄液の過剰な排出が認められる．しかし，脳室圧が定常に至るまでの時間は⊿p に依存せず，およそ 15 分程度となっている．

× 103
1⊿0p= 300 Pa
1000
2000

pi Pa-1-2-3-40510152025t min
図 3-7 起き上がり時における脳室圧の時間変化

30192.5⊿

p = 300 Pa
1000
2000

20252.4Ri cm

2.32.22.12.01.91.805101530t min
図 3-8 起き上がり時における脳室半径の時間変化

× 10-21816⊿

p = 300 Pa
1000
2000

202514v m/s

121086420051015t min
図 3-9 起き上がり時における髄液流速の時間変化

30

20

次に，仰臥位における脳室圧 pi，脳室半径 Ri，髄液の流速 v の時間変化を，バルブの圧力損失⊿p をパラメータとして示す．h=0 m，l=1 m，d=1.2 mm，po=773.268 Pa，Ro=7.5cm，μ=1×10-3 Pa s，ρ=1×103 kg/m3，Q=500 ml/day，ν=0.42，G=4.14 kPa とし，初期値として pi=639.946 Pa，Ri=2.5 cm とした．
図 3-8，3-9 より，t=0〜10 の範囲は脳室圧が腹腔圧やバルブの圧力損失よりも小さいため，髄液が排出されず貯留していくことで脳室圧が上昇し，脳室が拡大していることがわかる．しかし，脳室圧が上昇し，ある値を超えると髄液の排出が始まり定常化に向かう．
このとき，⊿p が大きいほど高い圧で定常化し，また，定常に至るまでの時間は長くなる．

× 103
3⊿2.5pi Pa

2p= 300 Pa
1000
2000

1.5
10.5
0010203040506070t min
図 3-10 仰臥位における脳室圧の時間変化

8090212.80

⊿

2.75
2.70

p = 300 Pa
1000
2000

Ri cm

2.65
2.60
2.55
2.50
2.45
2.40

0102030405060708090t min
図 3-11 仰臥位における脳室半径の時間変化

× 10-20.60.5v m/s

0.40.30.2⊿0.10020406080

p = 300 Pa
1000
2000
100t min
図 3-12 仰臥位における髄液流速の時間変化

12022これらの結果から，⊿p を小さくすれば仰臥位から坐位への起きあがり時に髄液の必要以上な排出が起こり，脳室圧は過剰に減少する．逆に，⊿p を大きくすると，仰臥位において髄液が排出されなくなることで，脳室圧の過剰な上昇が起こる．この矛盾がサイフォン効果の問題になっていると言える．

現在使用されているシャントシステムでは，バルブの圧設定を変更するために専用のトランスミッターで連続電磁信号を照射する必要があり，また，最適な圧設定を選択するためにはレントゲンで脳室の状態を見て検討するため，素人である患者にとって圧設定の変更は極めて難しく，その時々の最適な圧設定は実質不可能である．よって，起きあがり時および仰臥位でのそれぞれの最適な圧設定の間の妥協点を取って，対応しているのが現状であり，このことから現在使用されているシャントシステムでは，サイフォン効果を完全に解決することはできない．そこで，次世代のシャントシステムではこの問題を解決しなければならないと考え，そのためには圧調節を自動化した完全自立型シャントシステムが効果的であると思われる．

23

第四章 結 言本研究では，次世代シャントシステムの開発を目的として，シャント手術後の水頭症患者における脳内の髄液の流動を予測するために，これをできるだけ簡単にモデル化し，髄液の流動を数値的に計算した．得られた結論を以下に示す．

１．髄液は水より若干高粘度である．また，髄液は剪断速度に対して一定の粘度を示すことから，ニュートン流体であると言える．
２．シャント手術後の水頭症患者が仰臥位から坐位へと起きあがるとき，髄液が急激に排出されることで脳室圧は低下し始め，2〜3 分程度で陰圧化し，約 15 分後に定常に至る．また，バルブでの圧力損失⊿p が大きいほどこの減少の割合は小さくなる．このとき，脳室圧が定常に至るまでの時間は⊿p に依存しない．
３．シャント術後の水頭症患者が仰臥位のままで長時間過ごすとき，髄液は脳室圧が腹腔圧やバルブでの圧力損失よりも小さいため，髄液が排出されず貯留することで脳室圧は増加し，脳室は拡大する．しかし，脳室圧の増加により⊿p=300Pa のときは 10 分，⊿p=1000Pa のときは 30 分，⊿p=2000Pa のときは 70 分頃から髄液の排出が始まり，その後すぐ定常に至る．したがって，⊿p が大きいほど高圧で定常に至り，その時間も長くなる．

これらの結果，バルブの圧力損失を種々に変化させることで，脳室圧の急激な変化を防ぐことができることがわかる．したがって，次世代シャントシステムでは圧調節を自動化した完全自立型シャントシステムが効果的であるという結論を得た．

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参考文献
参考文献

(1) 多田幸生，長嶋達也，高田昌紀，脳のバイオメカニクス，日本機械学会論文集，
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(2) 橋本正明，向井裕修，南出尚人，泉祥子，水頭症に対する適切な shunt system の検討および特発性水頭症に対する Programmable shunt valve による治療―特発性水頭症に対する診断基準と治療指針―，難治性水頭症調査研究分科会，平成 9 年度研究報告書，56．
(3) 例えば，中原一郎，材料力学(下巻)，養賢堂，1966，109-111．
(4) 多田幸生，松本隆一，西村由里子，脳の力学的モデリングと水頭症バイオメカニ
ズムの解析，日本機械学会論文集，55-512，A(1989)，957．
(5) 三宅裕冶，太田富雄，梶本宜永，体位変化に伴なう頭蓋内圧，腹腔内圧，シャント流量の変化，難治性水頭症調査研究分科会，平成 9 年度研究報告書，118．

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謝 辞

本研究を行うにあたり，終始懇切丁寧な御指導を賜りました蝶野成臣教授，辻知宏助手に対し，深く感謝いたします．
また，高知医科大学脳神経外科学講師，美馬達夫氏からは試料の提供および多大なるご援助いただき，あわせて感謝します．