Role of shock waves and subsequent cavitation in severe traumatic brain injury : insight for treatment and prevention

• Project/Area Number: 19689030
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Cerebral neurosurgery
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: NAKAGAWA Atsuhiro Tohoku University, 病院, 助教 (10447162)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): TAKAYAMA Kazuyoshi 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193) ; SUN Mingyu 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 准教授 (00311556) ; FUJIMURA Miki 東北大学, 大学院医学系研究科, 助教 (00361098)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2008: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2007: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: 衝撃波工学 / レーザー工学 / 高エネルギー外傷 / 対側損傷 / 頭部外傷モデル / blast wave injury / アジ化銀 / 高速度撮影 / レーザー光学 / 過剰圧

Research Abstract

再現性のある衝撃波脳損傷ラットモデルを用いた(免疫)組織学的検証、音響インピーダンスの観点から妥当性を有する頭蓋模擬モデルを用いた可視化・圧測定による機序解明を行った。10MPa以上で照射側に照射部を中心に出血・壊死、対側に神経細胞の紡錘化、照射側病変を中心とした広範な血管透過性亢進を認めた。対側では頭蓋骨に反射した反射波と膨張波の干渉、さらにキャビテーションの存在が対側損傷に関与しているものと考えられた。本研究は頭部外傷、とくにblast injuryの機序解明に知見をもたらしたと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Traumatic brain injury by blast waves. Insight from perspectives from shock wave physics. (2009)
  • Author(s): Nakagawa A, Manley GT, Gean AD, Rosenthal G, Takayama K, Tominaga T
  • Journal Title: Shock Waves (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Traumatic brain injury by blast waves. Insight from perspectives from shock wave physics (2009)
  • Author(s): Nakagawa A Manley GT Gean AD Rosenthal G Takayama K Tominaga T
  • Journal Title: Shock Waves (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical implications of intraoperative infrared brain surface monitoring during superficial temporal artery-middle cerebral artery anastomosis in patients with moyamoya disease (2009)
  • Author(s): Nakagawa A Fujimura M Kato K Okuyama H Hashimoto T Takavama K Tominaga T
  • Journal Title: Journal of Neurosurgery (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パルスHo : YAGレーザーを用いた微小ジェットの臨床応用 : 東北大学における医工学連携の取り組み (2009)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 小川欣一, 平野孝幸, 橋本時忠, 中野徹, 亀井尚, 上之原広司, 高山和喜, 冨永悌二
  • Journal Title: 日本レーザー医学会誌 (in press)(招待論文)
• [Journal Article] Shock wave-induced brain injury in rat : Novel traumatic brain injury animal model. (2008)
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Kato K, Okuyama H, Hashimoto T, Takayama K, Tominaga T
  • Journal Title: Acta Neurochir (Suppl) 102 Pages: 421-424
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intraoperative dynamic infrared brain surface blood flow monitoring during superficial temporal artery-middle cerebral artery anastomosis in patients with childhood moyamoya disease. (2008)
  • Author(s): Sakuma I, Tominaga T
  • Journal Title: Child's Nerv Syst 24 Pages: 1299-1305
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パルスレーザージェットメス:神経膠腫手術への臨床応用 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 斎藤竜太, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Journal Title: No Shinkei Geka 36 Pages: 1005-1010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intraoperative infrared brain surface blood flow monitoring during superficial temporal artery-middle cerebral artery anastomosis in a patient with moyamoya disease : Clinical implication of the gradation value in postoperative clinical course. (2008)
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Arafune T, Suzuki H, Sakuma I, Tominaga T
  • Journal Title: Acta Neurochir (Suppl) 102 Pages: 159-163
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed laser-induced liquid jet microcatheter system for rapid and reliable fibrinolysis in acute cerebral embolisms. (2008)
  • Author(s): Hirano T, Nakagawa A, Sato Y, Uenohara H, Takahashi A, Takayama K, Tominaga T
  • Journal Title: Minim Invas Neurosurg 51 Pages: 324-328
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pseudo-subarachnoid hemorrhage found in patients with postresuscitation encephalopathy : characteristics of CT findings and clinical importance. (2008)
  • Author(s): Yuzawa H, Higano S, Mugikura S, Umetsu A, Murata T, Nakagawa A, Koyama A, Takahashi S
  • Journal Title: AJNR Am J Neuroradiol 29 Pages: 1544-1549
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Medullary streaksを観察し得た急性期脳梗塞の一例 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 麦倉俊司, 黒田宙, 松田基弘, 野村亮介, 藤村幹, 冨永悌二, 篠澤洋太郎
  • Journal Title: 第30回東北脳血管障害研究会論文集 Pages: 57-60
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shock wave-induced brain injury in rat : Novel traumatic brain injury animal model (2008)
  • Author(s): Nakagawa A Fujimura M Kato K Okuyama H Hashimoto T Takayama K Tominaga T
  • Journal Title: Acta Neurochir(Wien) Suppl 102 Pages: 421-424
• [Journal Article] Intraoperative dynamic infrared brain surface blood flow monitoring during superficial temporal artery-middle cerebral artery anastomosis in patients with childhood moyamoya disease (2008)
  • Author(s): Nakagawa A Fujimura M Arafune T Sakuma I Tominaga T
  • Journal Title: Child's Nervous System 24 Pages: 1299-1305
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パルスレーザージェットメス : 神経膠腫手術への臨床応用 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 斎藤竜太, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Journal Title: 脳神経外科 36 Pages: 1005-1010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intraoperative infrared brain surface blood flow monitoring during superficial temporal artery-middle cerebral artery anastomosis in a patient with moyamoya disease : Clinical implication of the gradation value in postoperative clinical course (2008)
  • Author(s): Nakagawa A Fujimura M Arafune T Suzuki H Sakuma I Tominaga T
  • Journal Title: Acta Neurochir(Wien)Suppl 102 Pages: 159-163
• [Journal Article] Pulsed laser-induced liquid jet microcatheter system for rapid and reliable fibrinolysis in acute cerebral embolisms (2008)
  • Author(s): Hirano T Nakagawa A Sato Y Uenohara H Takahashi A Takayama K Tominaga T
  • Journal Title: Minimally Invasive Neurosurgery 51 Pages: 324-328
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pseudo-subarachnoid hemorrhage found in patients with postresuscitation encephalopathy : characteristics of CT findings and clinical importance (2008)
  • Author(s): Yuzawa H Higano S Mugikura S Umetsu A Murata T Nakagawa A Kovama A Takahashi S
  • Journal Title: AJNR : American Journal of Neuroradiology 29 Pages: 1544-154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intraoperative infrared brain surface blood flow monitoring during superficial temporal artery-middle cerebral artery anastomosis in a patient with moyamoya disease: Clinical implication of the gradation value in postoperative clinical course. (2008)
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Arafune T, Suzuki H, Sakuma I, Tominaga T.
  • Journal Title: Acta Neurochir (Wien) (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-dependent effect of shock waves on rat brain : induction of neuronal apoptosis mediated by a caspase-dependent pathway. (2007)
  • Author(s): Kato K, Fujimura M, Nakagawa A, Saito T, Ohki T, Takayama K, Tominaga T
  • Journal Title: J Neurosurg 106 Pages: 667-676
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高感度赤外線画像システムIRIS-Vを用いたもやもや病術中血行動態モニタリングによる術後過灌流の予測-2症例の検討- (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 藤村幹, 鈴木秀明, 大木友博, 高山和喜, 冨永悌二
  • Journal Title: 脳卒中の外科 35 Pages: 136-141
  • NAID: 110006242495
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] モヤモヤ病直接血行再建術における術中評価:赤外線画像システムIRIS V thermographic systemを用いた脳表血流モニタリングの有用性 (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 藤村幹, 成澤あゆみ, 冨永悌二
  • Journal Title: 平成18年度厚生労働省班会議研究報告書 Pages: 9-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ハンマー外傷により上矢状静脈洞閉塞をきたした一例 (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 刈部博, 小沼武英, 志田直樹, 平野孝幸, 亀山元信, 石井清
  • Journal Title: 仙台市立病院医誌 27 Pages: 85-87
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed Laser-Induced Liquid Jet Microcatheter System for Rapid and Reliable Fibrinolysis in Acute Cerebral Embolisms : Experiments on Safety and Preliminary Application in Porcine Cranial Vessels. (2007)
  • Author(s): Sato Y, Nakagawa A, Hirano T, Ohki H, Uenohara H, Takayama K, Tominaga T
  • Journal Title: Minim Invas Neurosurg 50 Pages: 212-218
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-dependent effect of shock waves on rat brain: induction of neuronal apoptosismediated by a caspase-dependent pathway. (2007)
  • Author(s): Kato K, Fujimura M, Nakagawa A, Saito T, Ohki T, Takayama K, Tominaga T.
  • Journal Title: Journal of Neurosurgery 106 Pages: 667-676
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulsed Laser-lnduced Liquid Jet Microcatheter System for Rapid and Reliable Fibrinolysis in Acute Cerebral Embolisms: Experiments on safety and Preliminary Application in Porcine Cranial Vessels. (2007)
  • Author(s): Sato Y, Nakagawa A, Hirano T, Ohki H, Uenohara H, Takayama K, Tominaga T.
  • Journal Title: Minimally Invasive Neurosurgery 50 Pages: 212-218
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical implications of intraoperative infrared brain surface monitoring during superficial temporal artery-middle cerebral artery anastomosis in patients with moyamoya disease.
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Arafune T, Sakuma I, Tominaga T
  • Journal Title: J Neurosurg 2009 May 8 (Epub ahead of print)(Epub ahead of print)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パルスHo : YAGレーザーを用いた微小ジェットの臨床応用:東北大学における医工学連携の取り組み
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 小川欣一, 平野孝幸, 橋本時忠, 中野徹, 亀井尚, 上之原広司, 高山和喜, 冨永悌二
  • Journal Title: 日本レーザー医学会誌 (2009, in press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] パルスHo : YAGレーザーを用いた微小噴流生成装置の臨床応用:東北大学における医工学連携の取り組み (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 小川欣一, 橋本時忠, 渡辺みか, 斉藤竜太, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第29回日本レーザー医学会総会
  • Place of Presentation: 東京 東京工科大学
  • Year and Date: 2008-11-15
• [Presentation] パルスHo : YAGレーザーを用いた微小噴流生成装置の臨床応用 : 東北大学における医工学連携の取り組み (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 小川欣一, 橋本時忠, 渡辺みか, 斉藤竜太, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第29回日本レーザー医学会総会
  • Place of Presentation: 東京 東京工科大学
  • Year and Date: 2008-11-15
• [Presentation] びまん性軸索損傷症例におけるdiffusion tensor imagingを用いた白質損傷評価:高次脳機能との関連 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 野村亮介, 杉山謙, 湯澤寛尚, 山本修三, 日向野修一, 篠澤洋太郎, 冨永悌二
  • Organizer: 第36回日本救急医学会総会学術集会
  • Place of Presentation: 札幌 ロイトン札幌
  • Year and Date: 2008-10-14
• [Presentation] びまん性軸索損傷症例におけるdiffusion tensor imagingを用いた白質損傷評価 : 高次脳機能との関連 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 野村亮介, 杉山謙, 湯澤寛尚, 山本修三, 日向野修一, 篠澤洋太郎, 冨永悌二
  • Organizer: 第36回日本救急医学会総会学術集会
  • Place of Presentation: 札幌 ロイトン札幌
  • Year and Date: 2008-10-14
• [Presentation] 細血管温存可能な内視鏡手術デバイス(パルスレーザージェットメス)の開発 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 芳賀洋一, 孫明宇, 藤村幹, 隈部俊宏, 金森政之, 小川欣一, 金森政之, 中野徹, 橋本時忠, 船本健一, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 東北大学若手研究者萌芽研究育成プログラム研究成果発表会
  • Place of Presentation: 仙台 東北大学 さくらホール
  • Year and Date: 2008-07-16
• [Presentation] 細血管温存可能な内視鏡手術デバイス(パルスレーザージェットメス)の開発 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 芳賀洋一, 孫明宇, 藤村幹, 隈部俊宏, 金森政之, 小川欣一, 金森政之中野徹, 橋本時, 船本健一, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 東北大学若手研究者萌芽研究育成プログラム研究成果発表会
  • Place of Presentation: 仙台 東北大学さくらホール
  • Year and Date: 2008-07-16
• [Presentation] びまん性軸索損傷の存在診断と高次脳機能障害との関連 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 杉山謙, 冨永悌二
  • Organizer: 第15回仙台外傷症例検討会
  • Place of Presentation: 仙台 東北大学医学部
  • Year and Date: 2008-06-21
• [Presentation] びまん性軸索損傷存在診断/高次脳機能障害との関連 (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 杉山謙, 冨永悌二
  • Organizer: 第15回仙台外傷症例検討会
  • Place of Presentation: 仙台 東北大学医学部
  • Year and Date: 2008-06-21
• [Presentation] レーザージェットメスによる穿通枝温存下悪性神経膠腫摘出術 : 8例の経験を踏まえて (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 渡辺みか, 斉藤竜太, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第17回脳神経外科手術と機器学会
  • Place of Presentation: 長崎 ブリックホール
  • Year and Date: 2008-04-19
• [Presentation] レーザージェットメスによる穿通枝温存下悪性神経膠腫摘出術 : 8例の経験を踏まえて (2008)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 渡辺みか, 斎藤竜太, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第17回脳神経外科手術と機器学会
  • Place of Presentation: 長崎 ブリツクホール
  • Year and Date: 2008-04-19
• [Presentation] Application of pulsed laser-induced liquid jet for glioma surgery. (2007)
  • Author(s): Nakagawa A, Kumabe T, Kanamori M, Sasaki K, Saito R, Takayama K, Tominaga T
  • Organizer: Society for Medical Innovation and Techonology
  • Place of Presentation: Sendai, Tokyu Hotel
  • Year and Date: 2007-11-21
• [Presentation] Intraoperative brain surface monitoring using IRIS-V infrared imaging in neurological procedures : Experience in moyamoya disease. (2007)
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Arafune T, Yamaguchi T, Kobayashi E, Sakuma I, Tominaga T
  • Organizer: Society for Medical Innovation and Techonology
  • Place of Presentation: Sendai, Tokyu Hotel
  • Year and Date: 2007-11-21
• [Presentation] 感度波長域7-14μmの高感度赤外線画像を用いた開頭術中モニタリング:適応と術中〜術後急性期管理における臨床的意義 (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 藤村幹, 荒船龍彦, 山口喬弘, 清水宏明, 佐久間一郎, 冨永悌二
  • Organizer: 第63回社団法人 日本脳神経外科学会総会
  • Place of Presentation: 東京 新高輪プリンスホテル
  • Year and Date: 2007-10-04
• [Presentation] 細血管温存と神経膠腫最大摘出の両立を目的としたレーザージェットメスの開発 (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 渡辺みか, 平野孝幸, 佐々木健吾, 斉藤竜太, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第43回社団法人 日本脳神経外科学会 東北支部会
  • Place of Presentation: 弘前 弘前文化センター
  • Year and Date: 2007-09-08
• [Presentation] 衝撃波による脳組織損傷:圧損傷閾値の同定と損傷機序に関する検討 (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 藤村幹, 加藤薫子, 奥山洋信, 斉藤敦志, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第8回日本分子脳神経外科学会
  • Place of Presentation: 神戸 兵庫医科大学平成記念会館
  • Year and Date: 2007-08-31
• [Presentation] 衝撃波による脳組織損傷:圧損傷閾値の同定と損傷機序に関する検討 (2007)
  • Author(s): 中川敦寛 藤村幹 加藤薫子 奥山洋信 斉藤敦志 高山和喜 冨永悌二
  • Organizer: 第8回日本分子脳神経外科学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2007-08-31
• [Presentation] Shock Wave induced brain injury : Pathological evaluation using rat (2007)
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Kato K, Okuyama H, Takayama K, Tominaga T
  • Organizer: 13th International Symposium on ICP and Brain Monitoring
  • Place of Presentation: The Palace Hotel, San Francisco, USA
  • Year and Date: 2007-07-25
• [Presentation] Shock Wave induced brain injury: Pathological evaluation using rat (2007)
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Kato K, Okuyama H, Takayama K, Tominaga T.
  • Organizer: 13 th International Symposium on ICP and Brain Monitoring
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 2007-07-25
• [Presentation] Intraoperative brain surface monitoring using IRIS-V infrared imaging system in moyamoya disease. (2007)
  • Author(s): Nakagawa A, Fujimura M, Arafune T, Yamaguchi T, Sakuma I, Tominaga T
  • Organizer: 13th International Symposium on ICP and Brain Monitoring
  • Place of Presentation: The Palace Hotel, San Francisco, USA
  • Year and Date: 2007-07-23
• [Presentation] 神経膠腫摘出術における細血管温存下切開デバイスの開発 (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 斉藤竜太,佐々木健吾, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第26回日本脳神経超音波学会総会
  • Place of Presentation: 横浜 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-07-09
• [Presentation] 衝撃波による脳神経組織損 -閾値・機序の解明- (2007)
  • Author(s): 加藤薫子, 藤村幹, 中川敦寛, 斉藤敦志, 奥山洋信, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第26回日本脳神経超音波学会総会
  • Place of Presentation: 横浜 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-07-09
• [Presentation] 衝撃波による脳神経組織損傷:過剰圧依存的損傷とアポトーシス発現に関する検討 (2007)
  • Author(s): 加藤薫子, 中川敦寛, 藤村幹, 斉藤敦志, 奥山洋信, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第46回日本生体医工学会
  • Place of Presentation: 仙台 仙台国際センター
  • Year and Date: 2007-04-25
• [Presentation] 神経膠腫摘出術における細血管温存のための新規脳腫瘍切開デバイス (2007)
  • Author(s): 中川敦寛, 隈部俊宏, 金森政之, 斉藤竜太,佐々木健吾, 平野孝幸, 高山和喜, 冨永悌二
  • Organizer: 第16回脳神経外科手術と機器学会CNTT
  • Place of Presentation: 東京 東京ドームホテル
  • Year and Date: 2007-04-12
• [Patent(Industrial Property Rights)] 流体噴射装置とその駆動方法 (2008)
  • Inventor(s): セイコーエプソン株式会社 高山和喜, 平野孝幸, 中川敦寛, 冨永悌二
  • Industrial Property Rights Holder: セイコーエプソン株式会社
  • Industrial Property Number: 2008-270031
  • Filing Date: 2008-10-20
• [Patent(Industrial Property Rights)] 流体噴射装置 (2008)
  • Inventor(s): 瀬戸毅, 高山和喜, 中川敦寛, ビレンアイボルメネゼス
  • Industrial Property Rights Holder: セイコーエプソン株式会社
  • Filing Date: 2008-07-25
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 流体噴射装置とその駆動方法 (2008)
  • Inventor(s): セイコーエプソン株式会社 高山和喜, 冨永悌二, 平野孝幸, 中川敦寛
  • Industrial Property Rights Holder: セイコーエプソン株式会社
  • Filing Date: 2008-10-20
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 流体噴射装置 (2007)
  • Inventor(s): 瀬戸毅, 高山和喜, ビレンメネゼス, 中川敦寛
  • Industrial Property Rights Holder: セイコーエプソン株式会社
  • Industrial Property Number: 2007-208961
  • Filing Date: 2007-08-10
• [Patent(Industrial Property Rights)] Fluid injection machine (2007)
  • Inventor(s): Seto Takeshi, Takayama Kazuyoshi, Nakagawa Atsuhiro, Menezes Viren Ivor
  • Industrial Property Rights Holder: Seiko Epson Coorporation
  • Acquisition Date: 2007-07-08
  • Overseas