2015 Fiscal Year Annual Research Report
心房細動維持機構の可視化と計算科学に基づく新たなアブレーション治療戦略の構築
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15H01801
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐久間 一郎 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50178597)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中沢 一雄 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, その他部局等, その他 (50198058)
本荘 晴朗 名古屋大学, 環境医学研究所, 准教授 (70262912)
山崎 正俊 名古屋大学, 環境医学研究所, 助教 (30627328)
芦原 貴司 滋賀医科大学, 医学部, 助教 (80396259)
小林 英津子 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20345268)
安藤 岳洋 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90648700)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生体制御・治療 / 心房細動 / カテーテルアブレーション / スパイラルリエントリ / 光学マッピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．３次元光学計測および電極計測の統合システムによる心房細動動物モデルの心房興奮伝播波面解析：心房細動の発生・持続のメカニズムや、有効なアブレーション条件の検討を動物実験で行うために必要な、電極計測および組織の３次元光学計測の統合計測システムの実現を目標とする。これまでに、心内膜・心外膜同時計測実験、およびカメラ・電極同時計測の予備実験を行った。さらに、光学計測画像の定量的解析手法を開発した。また、組織内の光拡散を用いる新たな３次元計測手法の原理確認を行った。
２．慢性（永続的）心房細動動物モデルの作製：ターゲットとする慢性心房細動を生理学的により忠実に再現するための動物実験モデルの作成プロトコルを確立することを目標とする。これまでに、ペースメーカー留置による慢性心房細動モデルの作成に成功した。
３．心房モデルの改良と不整脈発生・持続機序とアブレーション手法の検討：解剖学的構造、電気生理学的特性の不均一性を考慮した心房電気興奮シミュレーションを構築し、これに基づいて効果的な心臓細動アブレーション戦略を提案することを目標とする。これまでに、簡略化された心房モデルの興奮伝播シミュレーションが完了している。
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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
１．３次元光学計測および電極計測の統合計測システムによる心房細動動物モデルの興奮伝播波面解析：３次元光学計測においては、心外膜・心内膜光学計測における画像レジストレーションアルゴリズムを改良し、内外の電位活動の対応関係をより高い精度で把握可能となった。さらに、組織内の光拡散から組織深部の蛍光強度を推定する光学計測を応用し、パターン照明を利用することで高速な計測を可能とする新たな手法の原理をシミュレーション上で確認した。これにより不整脈現象のような高速かつ非周期的な現象の三次元計測の可能性が示された。一方電極計測においては、カメラによる光学計測と、実際に臨床にも用いられるカテーテル電極による電気計測の同時計測システムの予備実験を行った。また光学計測画像において、旋回興奮軌跡を定量的に解析可能するための、位相分散解析とよぶ新たな信号処理アルゴリズムを開発し、発生・移動・消滅する旋回興奮波の追跡を実現した。
２．慢性（永続的）心房細動動物モデルの作製：全身麻酔下のウサギに対して、右心耳心外膜面にペーシングリードを縫縮、ペースメーカー本体を右胸部皮下に植え込む。術後７日に高頻度ペーシングを加えることで心房細動を誘発する事で、6か月以上持続する慢性心房細動モデルを作成した。
３．心房モデルの改良と不整脈発生・持続機序とアブレーション手法の検討：簡略化された左右心房のサーフェスモデルをユニットモデル化し、各ユニットに活動電位モデルを組み込んだ心臓モデルを作製した。作製した心臓モデルを用いることで、洞結節からの興奮発生と周囲心房組織への興奮伝播を再現することができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．３次元光学計測および電極計測の統合計測システムによる心房細動動物モデルの興奮伝播波面解析：左房内Ca2+過負荷からの巣状興奮増加を引き起こすIsoproterenolと、活動電位持続時間を短縮し持続的な旋回興奮を誘発するAcetylcholineを急性圧負荷モデルに添加し、心房細動動物モデルを作成する。このモデルに対し、これまでに開発してきた心外膜・心内膜光学マッピングシステムおよび旋回興奮軌跡定量解析手法を慢性心房動物モデルに適用していく。新たに昨年度の予備実験で有効性を確認した渦巻き型マッピングカテーテル電極との同時計測を用いて分裂する心房電位とローターの関係性、心房細動維持におよぼす重要性に関する詳細な検討を試みていく。さらに、組織内の光拡散から組織深部の蛍光強度を推定する光学計測システムを構築し、実際の動物モデルに適用し計測、検証していく。
２．慢性（永続的）心房細動動物モデルの作製：上述の慢性心房細動モデルに対し、１と同様に昨年度構築した心外膜・心内膜光学マッピング・電極計測統合システムを使用しマッピングを施行する。
３．心房モデルの改良と不整脈発生・持続機序とアブレーション手法の検討：現在作製したモデルは心房内における電気生理学的特性の差を考慮したモデルの作製には至っていないため、まずはモデルを改良し興奮伝播シミュレーションを行えるところまで実現する。そして心房細動を誘発するシミュレーション実験を行い、心房細動の誘発性および持続性を検討するとともに、アブレーションによる心房細動持続性の変化および停止可能性についても行っていく。
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[Presentation] Development of a novel real-time phase mapping system, called ExTRa Mapping, using in silico technique for identifying unstable rotors in patients with non-paroxysmal atrial fibrillation.2015
Author(s)
Takashi Ashihara, Kensuke Sakata, Tomoya Ozawa, Koichi Kato, Takeshi Tsuchiya, Ryo Haraguchi, Shin Inada, Kazoo Nakazawa, Minoru Horie
Organizer
The 8th Asia-Pacific Heart Rhythm Scientific Session
Place of Presentation
Melbourne (Australia)
Year and Date
2015-11-19 – 2015-11-22
Int'l Joint Research
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[Presentation] Possible Mechanisms of Effective Rotor Ablation for Chronic Atrial Fibrillation:A Simulation Study2015
Author(s)
Takashi Ashihara, Ryo Haraguchi, Shin Inada, Kazuo Nakazawa, Takeshi Tsuchiya, Takanori Yamaguchi, Akira Fukui, Tomoya Ozawa, Tetsuhisa Hattori, Koichi Kato, Minoru Horie
Organizer
第30回日本不整脈学会学術大会・第32回日本心電学会学術集会 合同学術大会
Place of Presentation
国立京都国際会館, グランドプリンスホテル京都（京都府・京都市）
Year and Date
2015-07-28 – 2015-07-31
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