数値流体力学計算に基づく慢性大動脈解離における大動脈拡大機序の解明
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18K08770
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 55030:Cardiovascular surgery-related
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
木村 直行 自治医科大学, 医学部, 教授 (20382898)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂元 尚哉 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (20361115)
中村 匡徳 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
伊藤 智 自治医科大学, 医学部, 講師 (30382881)
田中 正史 日本大学, 医学部, 教授 (80382927)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 大動脈解離 / 数値流体力学計算 / 大動脈拡大 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、名古屋工業大学医用生体工学研究室中村匡徳教授の研究室と東京都立大学システムデザイン学部坂元尚哉准教授の研究室との共同研究であり、大動脈解離症例を対象に数値流体力学計算（CFD: computational fluid dynamics）を実施し、真腔と偽腔の血流動態を明らかにする。大動脈壁にかかる圧力やせん断応力などの分布図を作成後、大動脈組織の構造変化とCFD解析の関連性を検証することを目的としている。
2021年度は、1990年～2020年の期間に急性A型解離の診断で手術を施行した865症例の遠隔期成績を解析するとともに、末梢側の胸部大動脈に追加治療を行った76症例の治療成績を調査した。865例の10年生存率・大動脈イベント回避率・遠位再手術回避率は、それぞれ68.5%・72.2%・82.7%であった。遠位大動脈追加手術は76例（Marfan症候群8例）に対し計103件実施した。初回追加手術76件の内訳は、弓部大動脈置換20例（FET2例・同時TEVAR1例含）・弓部下行大動脈置換4例・下行大動脈置換29例・胸腹部大動脈置換8例・TEVAR15例（debranch5例含）で、急性A型解離手術から平均5.8年後に実施した。初回追加手術後の遠隔成績は、5年生存率（OR群：78.7% vs. TEVAR群：73.8%, p=0.48）・大動脈イベント回避率（OR群：79.7% vs. TEVAR群：58.3%, p=0.31）であった。
また、近年大動脈疾患発生の危険因子として報告されている弓部大動脈奇形を有する急性A型解離症例の臨床的特徴と治療成績に関する検討を行い、同群の早期・遠隔期治療成績が弓部大動脈奇形非合併例と比較し、同等であることを解明した。
これらの研究成果は、第74回日本胸部外科学会定期学術集会と第52回日本心臓血管外科学術集会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
他の大動脈疾患と比較して、大動脈解離症例は複雑な解剖学的形態（真腔・偽腔・intimal tear・偽腔内血栓）を有する。このため、非大動脈解離症例と比較して、大動脈解離症例に対するCFDは、より複雑な解析処理が必要となる。2021年度は、名古屋工業大学医用生体工学研究室中村匡徳教授の研究室とともに、急性／慢性大動脈解離患者の3DCT造影CTデータを元に、専用解析ソフトウエア（SCRYU Software Cradle）を用いて、慢性大動脈解離の血流解析モデルの構築を目指した。
2020年に引き続き、2021年度も新型コロナウイルス（COVID-19）の感染拡大により、当該研究施設だけでなく、共同研究施設である東京都立大学と名古屋工業大学でも、学生教育業務や実験活動に制限が生じた。特に1例の解析実験に多くの時間と労力を必要するCFD画像解析実験に関しては、緊急事態宣言下で実験凍結期間もあったため、解析実験数の蓄積が不十分な状況となった。このため、研究期間を一年間再延長した。今後、CFD解析症例数を増やし、慢性大動脈解離の大動脈拡大に関与する因子の同定を目指す予定である。
現在、慢性大動脈解離の血流解析モデルだけでなく、急性大動脈解離手術における人工心肺送血路の血流解析など、大動脈解離関連で複数の研究プロジェクトを実施している。今後もこれらの研究プロジェクトを併行して行うことで、CFD血流解析の臨床応用と実用化に向けた医学工学連携を推進していく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も名古屋工業大学中村匡徳教授の研究室と共同で大動脈解離症例に対するCFD血流解析実験を実施する。患者データに関しては、自治医科大学さいたま医療センターの画像データを使用する。大動脈解離症例の解剖学的特徴は多岐にわたるため、患者個別で真腔と偽腔の血流動態を明らかにして、対象領域における血行力学因子の分布図を構築する。本研究プロジェクトでは、今後は以下の2プロジェクトを中心にCFD解析を行う。
①慢性大動脈解離症例の大動脈拡大：急性A型解離で上行（弓部）大動脈置換術を実施する症例、急性B型解離症例、慢性B型解離症例を対象として、CFD血流解析を実施する。慢性大動脈解離は、大動脈3層構造を有する真腔側と比較して、大動脈中膜の遺残組織が直接血流に暴露される偽腔側が拡大しやすい。CFD解析により真腔・偽腔側の遠隔期拡大率の変化も定量的に評価する予定である。また、大動脈ステント治療を実施する症例に関しては、ステント治療前後の血行力学因子の分布図を同一患者で経時的に作成して、予後予測toolとしてのCFDの有用性を検証する。
②急性大動脈解離の人工心肺送血路の血流解析；代表的な腋窩動脈や大腿動脈送血だけでなく、大動脈送血や心尖部送血の血流解析を行ない、各送血方法の有用性を調査する。
壁せん断応力が及ぼす生体変化に関しては、東京都立大学坂元尚哉准教授の研究室と共同で、大動脈血管平滑筋細胞及び血管内皮細胞を使用したせん断応力負荷のin vitro実験モデルも使用して今後解析予定である。
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Report
(4 results)
Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Outcomes of Early-Onset Acute Type A Aortic Dissection ― Influence of Etiologic Factors ―2019
Author(s)
Kimura N, Aizawa K, Kawahito K, Itagaki R, Yamaguchi A, Misawa Y, Siepe M, Czerny M, Beyersdorf F, Kari FA, Rylski B
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Journal Title
Circ J
Volume: 83
Issue: 2
Pages: 285-294
DOI
NAID
ISSN
1346-9843, 1347-4820
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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