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動脈血流は安静条件下で生理学的に非周期的ですが、ほとんどの血行動態研究では定期的な流れの仮定が広く採用されています。これまでのところ、血流の非切実性が、内皮機能や血管疾患に密接に関連する壁のせん断応力（WSS）にどのように影響するかは不明のままです。この研究では、16の正常な頸動脈分岐における血流の数値シミュレーションは、それぞれ測定された非周期および平均的な周期的な流れ条件下で実行され、得られた結果は5つの典型的なWSSメトリック（すなわち、平均WSS（MWS）の観点から比較されます。）、時間平均WSS（TAWS）、振動せん断指数（OSI）、横方向WSS（トランス）、およびアテローム低WSS領域のWSSの平均時間勾配（WSSTG））。生理学的に非周期的な流れの条件を定期的な条件に単純化すると、WSS分布の主要な特徴が大きく変化しなかったが、いくつかのWSSメトリックの過小評価をもたらすことがわかった。具体的には、過小評価の程度は、WSSTGで最大（27.2％±8.3％）、MWSSで最小（0.5％±0.4％）、他のWSSメトリックでは中程度（5.1％±3.2％〜9.2％±4.1％）でした。統計分析により、フロー速度波形（VAR-V）のサイクル間変動と内頸動脈の平面性は、WSSメトリックの周期的な流れの仮定によって誘発される過小評価と強く相関していることが明らかになりました。これらの発見は、特にWSSTGが懸念の主な血行動態パラメーターである場合、血流の非周期的特性を考慮に入れることが重要であることを示唆しています。
動脈血流は安静条件下で生理学的に非周期的ですが、ほとんどの血行動態研究では定期的な流れの仮定が広く採用されています。これまでのところ、血流の非切実性が、内皮機能や血管疾患に密接に関連する壁のせん断応力（WSS）にどのように影響するかは不明のままです。この研究では、16の正常な頸動脈分岐における血流の数値シミュレーションは、それぞれ測定された非周期および平均的な周期的な流れ条件下で実行され、得られた結果は5つの典型的なWSSメトリック（すなわち、平均WSS（MWS）の観点から比較されます。）、時間平均WSS（TAWS）、振動せん断指数（OSI）、横方向WSS（トランス）、およびアテローム低WSS領域のWSSの平均時間勾配（WSSTG））。生理学的に非周期的な流れの条件を定期的な条件に単純化すると、WSS分布の主要な特徴が大きく変化しなかったが、いくつかのWSSメトリックの過小評価をもたらすことがわかった。具体的には、過小評価の程度は、WSSTGで最大（27.2％±8.3％）、MWSSで最小（0.5％±0.4％）、他のWSSメトリックでは中程度（5.1％±3.2％〜9.2％±4.1％）でした。統計分析により、フロー速度波形（VAR-V）のサイクル間変動と内頸動脈の平面性は、WSSメトリックの周期的な流れの仮定によって誘発される過小評価と強く相関していることが明らかになりました。これらの発見は、特にWSSTGが懸念の主な血行動態パラメーターである場合、血流の非周期的特性を考慮に入れることが重要であることを示唆しています。
Although arterial blood flow is physiologically non-periodic under resting conditions, periodic flow assumption has been widely adopted in most hemodynamic studies. So far, it remains unclear how the non-periodicity of blood flow would influence local hemodynamic parameters, especially wall shear stress (WSS) that associates closely with endothelial function and vascular disease. In this study, numerical simulations of blood flows in sixteen normal carotid artery bifurcations were performed under measured non-periodic and averaged periodic flow conditions, respectively, with the obtained results being compared in terms of five typical WSS metrics (i.e., mean WSS (MWSS), time-averaged WSS (TAWSS), oscillatory shear index (OSI), transverse WSS (transWSS), and average temporal gradient of WSS (WSSTG)) in the atheroprone low-WSS regions. It was found that simplifying the physiologically non-periodic flow condition into a periodic one did not significantly alter the major features of WSS distribution, but resulted in underestimations of some WSS metrics. Specifically, the degree of underestimation was largest (27.2% ± 8.3%) for WSSTG, smallest (0.5% ± 0.4%) for MWSS, while moderate (5.1% ± 3.2% ~ 9.2% ± 4.1%) for other WSS metrics. Statistical analyses revealed that the cycle-to-cycle variability of flow velocity waveform (var-V) and the planarity of internal carotid artery correlated strongly with the periodic flow assumption-induced underestimations of WSS metrics. These findings suggest that taking the non-periodic characteristic of blood flow into consideration could be important for studying hemodynamics in arteries with a large var-V or specific morphological characteristics, especially when WSSTG is the main hemodynamic parameter of concern.
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