複雑閉鎖空間中の爆風による生体内衝撃波伝播防止のための衝撃波工学・医学的検討
| Project/Area Number |
20K21640
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 56:Surgery related to the biological and sensory functions and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中川 敦寛 東北大学, 大学病院, 教授 (10447162)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大沢 伸一郎 東北大学, 大学病院, 助教 (00813693)
大谷 清伸 東北大学, 流体科学研究所, 特任准教授 (80536748)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 衝撃波 / 爆傷 / 外傷性脳損傷 / 脳神経外科 / 災害医療 / 外傷性脳損傷（bTBI） |
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| Outline of Research at the Start |
爆風脳損傷は、衝撃波を先行、かつ主成分とする爆風による脳損傷である。通常の頭部外傷と異なり、目に見えない外力によるため損傷の自覚がないことも多く、機序、予防については解明されていない点が多い。本研究では、閉鎖空間内での衝撃波の体内伝播動態を明らかにし、爆風脳損傷を防止する基礎的知見を得ることである。期間内に、衝撃波の閉鎖空間内の反射・干渉により生体内に伝播する衝撃波を空間構造と材質で損傷閾値以下に減衰することについて非臨床概念実証を確立する。従来は個別防御の観点から取り組みが行われていたが、本研究では、集団防御への取組へと着眼点を移すものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
爆風脳損傷は、衝撃波を先行、かつ主成分とする爆風による脳損傷で、目に見えない外力によるため、機序、予防については解明されていない点が多い。東北大学学際衝撃波研究拠点は1970年以降世界的に拠点として衝撃波の医療応用、さらには衝撃波の学際研究を推進してきた。本研究の目的は、第一に閉鎖空間内で爆風損傷の先行、かつ主要成分を占める衝撃波の体内伝播動態を明らかにすること、第二に衝撃波による外傷性脳損傷を防止する技術開発に向け基礎的知見を得ることである。具体的には閉鎖空間内の反射・干渉により生体内に伝播する衝撃波を空間構造と材質で損傷閾値以下に減衰することに関して非臨床（動物実験）概念実証を確立することである。 3年目の本年は、昨年度東北大学流体科学研究所で実施してきた模擬モデル（不織布干渉による衝撃波圧力低減効果）実験（単純閉鎖空間内の衝撃波伝播動態解析および理論解析を継続するとともに、模擬モデル実験では、単純閉鎖空間内で発生する衝撃波による生体内伝播衝撃波の減弱効果を材質、壁面計状の変化による効果を可視化、圧測定および理論解析、複雑閉鎖空間内の衝撃波伝播動態・模擬生体内衝撃波伝播動態解析を実施した。その結果、難燃性不織布との干渉により、衝撃波伝播速度が低下し、ピーク過剰圧が低下する点、不織布を重ねて干渉（作用）する長さが増すことで、ピーク過剰圧がより低下するが、伝播速度はほぼ変化しない点、顕著な反射波は発生しない点が明らかになった。次年度理論解析も推進し、衝撃波の体内伝播動態の解明と外傷性脳損傷を防止手段の構築をすすめる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
模擬モデル実験では、単純閉鎖空間内で発生する衝撃波による生体内伝播衝撃波の減弱効果を材質、壁面計状の変化による効果を可視化、圧測定および理論解析で実施、難燃性不織布という安価、かつ、今回検討している爆風損傷の一次損傷だけでなく、二次損傷（穿通性外傷）、四次損傷（火炎による熱傷や化学損傷）にも有用な材質を用いて複雑閉鎖空間内の衝撃波伝播動態・模擬生体内衝撃波伝播動態解析（可視化、圧測定）を実施しできた点、また、衝撃波の体内伝播動態の解明と外傷性脳損傷を防止手段の構築において重要な知見（インピーダンスミスマッチの3次元構築の重要性）を得ることができた点から当初の計画どおり、おおむね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年目の本年度も、模擬モデル実験としては、単純閉鎖空間内で発生する衝撃波による生体内伝播衝撃波の減弱効果を材質、壁面計状の変化による効果を可視化、圧測定および理論解析で行うとともに、複雑閉鎖空間内の衝撃波伝播動態・模擬生体内衝撃波伝播動態解析（可視化、圧測定）および理論解析を東北大学流体科学研究所において、研究分担者の大谷清伸が中心となり実施する。また、非臨床試験では、単純閉鎖空間内で発生する衝撃波によるラット頭蓋内伝播衝撃波の減衰効果を材質、壁面計状変化による効果を、東北大学医学部動物実験施設で、研究分担者の大沢伸一郎と研究代表者の中川敦寛が中心となり、実施する。コロナ禍の影響により、これまでオンラインのみで行っていた海外共同研究者との意見交換については現地での意見交換も検討する。
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Report
(3 results)
Research Products
(70 results)
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[Journal Article] Methodological assessment of the reduction of dissemination risk and quantification of debris dispersion during dissection with a surgical aspirator.2022
Author(s)
Kageyama S, Nakagawa A, Kawaguchi T, Ohtani K, Endo T, Kyan M, Kusunoki T, Shimoda Y, Osawa S, Kanamori M, Kuniyasu N, Tominaga T.
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Journal Title
BMC Res Notes
Volume: 15(1)
Pages: 85-85
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] ”事業化に資する課題”の探索から事業化まで伴走する場としての医療機機関施設.2021
Author(s)
中川敦寛, 高橋真実, 小鯖貴子, 佐々木亮太, 大森夏颯, 市ノ渡真史, 門脇水樹, 菅井恭子, 山岸晃子, 庄司貞雄, 冨永悌二
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Journal Title
病院設備
Volume: 63
Pages: 54-57
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[Presentation] AIを用いたソリューションの開発「解決すべき課題」の設定の重要性はさらに増す.2021
Author(s)
中川敦寛, 高橋真実, 園部真也, 小鯖貴子, 山岸晃子, 奥山節子, 峯村遥香, 市ノ渡真史, 門脇水樹, 柳澤祐太, 庄司貞雄, 植田琢也, 冨永悌二.
Organizer
第3回日本メディカルAI学会学術集会「人知とAIの協働」
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