生理学的・解剖学的特性を考慮した冠状動脈の血流解析モデルの構築

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555055
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 雄二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (80222066)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村田 昇 理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 ; 阪上 学 金沢大学, 医学部, 助手 (60283123) ; 高田 重男 金沢大学, 医学部, 教授 (40135059) ; 笠木 伸英 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80107531)
• Keywords: 冠状動脈 / 血流解析モデル / 電気回路モデル / 末梢抵抗 / 心筋内血管 / 自律神経系 / カテーテル

Research Abstract

冠状動脈内の血流は,血管が柔軟であるだけでなく,心筋の収縮に伴って血管断面積が能動的に変化する,生体としての自律的フィードバック機構を有する,などの特徴を有する.冠動脈形成術やバイパス手術など冠動脈疾患に対する治療方針決定,人工心臓の制御アルゴリズムの開発のためには,限られた情報から全体像を捉えることができる冠状動脈の工学的精密モデルが必要である.本研究では,流体工学,医学・解剖学,生理学の多方面から冠状動脈の血流の特性を明らかにし,シミュレーション・ツールを開発することを目的としている.本年度の研究成果は以下のようである.
(1)心筋ミクロ構造,および,血管網マクロ構造のモデル精緻化
心筋内血管のフラクタル構造に関する解剖学的知識から,末梢血管抵抗のモデル化を行い,また,心筋外血管の非線形弾性率を考慮し,冠状動脈血流に対する電気回路モデルの精緻化を行った(鈴木).さらに,血管分岐流れの脈動流のナヴィエ・ストークス方程式を数値的に解くことにより解析する手法の基礎的検討を行った(笠木)
(2)冠動脈内の血圧・血流速計測
カテーテルのガイドライヤに取り付けたマイクロ圧力センサ,カテーテル上の超音波血流センサを用いて,軽度の狭心症の疑いのある患者の冠動脈内血圧・血流速の計測を行った.モデルの評価に用いるための詳細なデータの取得はできなかったが,データ計測の手法として十分信頼できることを確認した(阪上).
(3)自律神経系による心臓動態制御のモデル化
胸部交感神経系遮断の臨床例に基づき,ホルモン・自律神経系が心臓動態に及ぼす影響を検討した(高田).また,自律神経活動を含めた非線形システムとしての数理モデル化を行うため,心拍変動とホルモンの関係(研究協力者の手取屋らによる実験報告)に基づき,心臓自律神経制御状態をグラフィカルモデルにより推定する可能性を検討した.現在,腓骨神経電位,血中ホルモン量などの交感神経系フィードバックを反映した計測を検討中である(村田).