2017 Fiscal Year Research-status Report
血流解析を組み込んだ循環器診断システムの開発と次世代の予測医療の樹立
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15K09095
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| Research Institution | Kyoto Prefectural University of Medicine |
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Principal Investigator |
宮崎 翔平 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任助教 (30748132)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
板谷 慶一 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (70458777)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 数値流体力学 / 4D Flow MRI / VFM / 血流 / 画像処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
4D Flow MRI, Computational Fluid Dynamics, 超音波計測など種々の血流解析モダリティの開発、改良を行った。
4D Flow MRIに関しては呼吸および心拍の画像アーチファクトによる解析精度の影響に関して検証を行った。肺動脈において呼吸の影響を加味することで直径5mm程度までの血管であれば十分な精度を持って血流量を解析できることを明らかにし、呼吸同期あり、呼吸動機無しの条件においてMRIの分解能と血流解析の精度の関係を明らかにした。また、数値流体解析と4D Flow MRIでcross validationを行いエネルギー損失や壁ずり応力の精度と正確度について検証を行った。大動脈の血流解析において4D Flow MRIでは分解能の不足により血管径の小さな部位で流量が過小評価さること、また壁ずり応力は過小評価されるが同一の症例内での相対的な値は十分に計測できることを明らかにした。この検証結果をもとに壁ずり応力の計算アルゴリズムを改良しより正確な壁ずり応力を計測できるようになった。
Computational Fluid Dynamicsに基づく血流解析においては小児先天性心疾患手術後の解析に応用し、再手術の適用となる基準値を定めた。
また、超音波カラードプラ計測に基づき血流をベクトルで可視化、解析するソフトウェアを完成させた。この手法により、従来のカラードプラでは超音波プローベから遠ざかる血流と近づく血流のみ計測可能であったが、ビームに直行する血流速度を計算から求めることで心内に発生する渦流を可視化することが可能となった。HDF5を始めとした汎用的な数値データフォーマットから解析できるインターフェースを整備することで、特定の装置やメーカーに限定されずに汎用的に利用できるツールとなった。
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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
解析用ソフトウェアに関して研究協力者から多くのフィードバックを得ることができ、十分な完成度をもって開発を行うことができた。超音波VFM解析や4D Flow MRI解析においてVorticity, Helicityなど渦流に関する計測方法について共同研究者からのフィードバックにより新しい知見を組み込んだ機能を開発することができ、当初想定していた基本的な機能に加えてより実践的な解析が可能となった。
またCFDについての臨床応用についても先天性心疾患における利用を中心に、エネルギー損失、壁ずり応力など血流指標の基準値が制定され大幅に前進した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ソフトウェアの基盤が整ったことで、超音波診断やMRIに基づき心内の渦流を可視化することが可能となった。今後、心内の渦流をどのように解釈すればよいかという課題の解決に向けて、単に渦が大きい、動きが早いなど定性的な評価だけでなくこれらを定量的に評価するためのアルゴリズムを開発し評価を行っていく。
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| Causes of Carryover |
ソフトウェア開発に必要なマイクロソフト社製の総合開発環境ソフトウェア(Visual Studio)が無償提供されるようになり、開発環境の維持費が大幅に減ったため。
次年度は心内渦流アルゴリズムを検証するための汎用の数値解析ソフトウェアの購入、打ち合わせのための旅費、アルゴリズム検証および打ち合わせ用に用いるPCの購入、計算データ保存用のハードディスク購入を予定している。
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[Journal Article] Surgical strategy for aortic arch reconstruction after the Norwood procedure based on numerical flow analysis.2018
Author(s)
Shohei Miyazaki, Kagami Miyaji, Keiichi Itatnai, Norihiko Oka, Shinji Goto, Masanori Nakamura, Tadashi Kitamura, Tetsuya Horai, Koichi Sughimoto, Yuki Nakamura, Naoki Yoshimura
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Journal Title
Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery
Volume: 26(3)
Pages: 460-467
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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