心不全における心筋配向変化の多元計算解剖学解析ーマイクロCTと組織標本の比較検討

• Project Area: Multidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
• Project/Area Number: 17H05288
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 秋田 利明 名古屋大学, 医学部附属病院, 特任教授 (30167837)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 心不全 / 心筋配向 / マイクロCT / 構造テンソル解析 / 心臓リモデリング / MicroCT / 画像解析 / テンソル構造解析 / シミュレーション / 解剖学

Outline of Annual Research Achievements

兎の摘出心をエタノール固定後に屈折CT撮像で撮像し、さらにホルマリン固定後にヨウ化ヨウドカリウムで染色しマイクロCTで撮像、その後に心尖から心房までの連続切片を作成し、電動ズーム顕微鏡（AxioZoom, Zeiss)を用いて 100μmごとの光学的連続切片として撮影した。屈折CTでは染色抜きでも十分な心筋コントラストが得られ、ヨウ化ヨウドカリウムで染色したマイクロCT画像同様に構造テンソル解析による心筋配向が可能であった。両者の心筋配向角度は良好に一致した。同じウサギの心臓標本を用いて心尖から心房までの連続切片を作成しHE染色を行い、電動ズーム顕微鏡（AxioZoom, Zeiss)を用いて 100μmごとの光学的連続切片として撮影した。得られた画像を3次元画像として構築し、心筋配向と心筋細胞配列の乱れを評価した。コンピュータ上で組織標本画像とマイクロCT画像の位置合わせを行うソフトウエアを開発し、同一部分の心筋配向角度を評価した。両者は屈折CT同様良好に一致した。3種類の撮像モダリティにおいて構造テンソル解析を用いた心筋配向角度は良好に一致し、マイクロCT画像を用いた心筋配向角度の構造テンソル解析手法の妥当性が示された。本研究成果をJournal of Medical Imagingに投稿した。
解析手法が確立されたため、同手法を用いてビーグル犬の正常心、不全心の解析を行った。
これまでの報告されてきたように不全心で心筋配向角度が内外層で水平化するわけではなく、中間層の水平化部分が増えている結果となった。また心不全で起こる心筋シート第2ベクトル方向の垂直化は、不全心で起こる心臓形状の球状化(心尖部の拡大)を考慮すると正常心との差がなく、心筋繊維のミクロ的な変化というよりマクロ的な形状変化にともなうものと考えられた。
研究成果をSPIE、日本胸部外科学会総会、日本医用画像工学会大会で発表した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 重症心不全患者に対するテイラーメイド方式心臓サポートネット開発 (2019)
  • Author(s): 秋田利明、佐々木敏哉、佐々木哲哉
  • Journal Title: バイオマテリアル Volume: 37 Pages: 96-101
• [Presentation] Multidisciplinary Computational Anatomical Analysis for the Change in the Cardiac Fiber Orientation at Congestive Heart Failure (2019)
  • Author(s): Toshiaki Akita, Hirohisa Oda, Noriko Usami, Kensaku Mori
  • Organizer: The 5th International Symposium on Multidisciplinary Computational Anatomy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Scanning, registration, and fiber estimation of rabbit hearts using micro-focus and refraction-contrast X-ray CT, (2018)
  • Author(s): Hirohisa Oda, Holger R. Roth, Takaaki Sugino, Naoki Sunaguchi, Noriko Usami, Toshiaki Akita, Kensaku Mori,
  • Organizer: SPIE
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マイクロCT、屈折CTを用いた心筋配向解析ーMR 拡散テンソル法との比較検討 (2018)
  • Author(s): 秋田利明、碓氷章彦、小田紘久、森健策
  • Organizer: 日本胸部外科学会総会
• [Presentation] Multidisciplinary Computational Anatomical Analysis for the Change in the Cardiac Fiber Orientation at Congestive Heart Failure (2018)
  • Author(s): Toshiaki Akita, Hirohisa Oda, Noriko Usami, Naoki Sunaguchi, Daisuke Shimao, Shu Ichihara, Tetsuya Yuasa, Masami Ando, Kensaku Mori
  • Organizer: 第４回多元計算解剖学国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MicroCTを用いた心筋配向解析手法の取り組み -MRI diffusion tensor法との比較 (2017)
  • Author(s): 秋田利明、小田紘久、森健策
  • Organizer: コンピュータ外科学会
• [Presentation] Extracellular matrix directions estimation of the heart on micro-focus x-ray CT volumes (2017)
  • Author(s): Hirihisa Oda, Masahiro Oda, Toshiaki Akita, Kensaku Mori
  • Organizer: The International Society of Optics and Photonics(SPIE)
  • Int'l Joint Research
• [Book] Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention － MICCAI 2017 (2017)
  • Author(s): Oda H., Holger R., Bhatia R. K., Oda M., Kitasaka T., Akita T., Schnabel J.A. , Mori K.
  • Total Pages: 811
  • Publisher: Springer