尿道内尿流解析による排尿障害治療支援システムの開発

• Project/Area Number: 15K20913
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Urology; Medical systems
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 石井 琢郎 千葉大学, フロンティア医工学センター, 特任助教 (50748754)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: 下部尿路症状 / 超音波動画処理 / 数値流体力学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では尿路内の形態と流れや症状との関係をより明らかにすることと，従来では困難であった尿道壁面の動き情報を数値計算に適用することを目的とし，主に【課題１】狭窄した尿路に対する様々な切開方向や深さによる流れへの影響を検討することと，【課題２】超音波診断装置による排尿時の尿道内腔の形状変化を抽出するための基礎検討を実施した．
課題１については，従来膀胱頸部硬化症などに対して実施されるTrans-Urethral Incision (TUI)という治療に則り，狭窄を模した尿道形状Computer Graphics(CG)モデルに６時方向や５，７時方向の切開を様々な深さで加え，内腔の流れをシミュレーションすることにより，切開による形態変化と症状改善との関係性を調べた．膀胱収縮力や許容される切開量によって，至適な切開方向が存在することが示唆されたが，今後膀胱機能を含めた数値計算による更なる検討が必要であると考えられた．
また，課題２については，3次元超音波診断装置により下部尿路の排尿時の形態変化を計測することを前提に，排尿の超音波による観察に適したプローブ配置や撮像パラメータを明らかにする準備として，下部尿路周辺の音響的／構造的に生体等価性を持つファントムの開発に取り組んだ．下部尿路展開時の尿道内腔形状の型を作り，凍結融解法を用いたPolyvinyl alcohol (PVA) Cryogelで成型した（以下，管腔ファントム）．この管腔ファントムを内腔を陰圧にして閉塞させた状態で，周囲をゼラチンで固めることにより，膀胱端側の圧力により閉塞と解放を繰り返す動的な尿道ファントムを構築した．超音波計測による動的な形態情報とカテーテルによる膀胱内圧測定を組み合わせることにより，より詳細な尿道内腔における流れの可視化が可能となり，高精度な診断や局所療法支援へと発展することが期待される．

Research Products

• [Int'l Joint Research] The University of Hong Kong(Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ)
• [Presentation] 尿道内流れの可視化を目的とした画像処理と流体シミュレーションの取り組み (2016)
  • Author(s): 石井琢郎，納谷幸男
  • Organizer: 第6回UDSフォーラム
  • Place of Presentation: 宇都宮グランドホテル （栃木県宇都宮市）
  • Year and Date: 2016-02-27
• [Presentation] 尿流動態のシミュレーション (2015)
  • Author(s): 石井琢郎，仲村和芳，納谷幸男，山西友則，五十嵐辰男
  • Organizer: 第29回日本泌尿器内視鏡学会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル （東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-11-19
  • Invited
• [Presentation] Urine flow dynamics simulation of male urethra using deformable model (2015)
  • Author(s): K.Kusu, T.Ishii, T.Igarashi
  • Organizer: International Symposium on Info Comm and Media Technology in Bio-Medical and Healthcare Application 2015
  • Place of Presentation: Chiba (Japan)
  • Year and Date: 2015-11-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intra-urethral slow patterns in different morphological changes by therapies for Benign Prostatic Hyperplasia (2015)
  • Author(s): Y.Fukai, T.Ishii, T.Igarashi
  • Organizer: International Symposium on Info Comm and Media Technology in Bio-Medical and Healthcare Application 2015
  • Place of Presentation: Chiba (Japan)
  • Year and Date: 2015-11-15
  • Int'l Joint Research