2017 Fiscal Year Annual Research Report
脳循環動態予測のためのデータ同化全身循環血流解析システムの構築
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16H04264
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大島 まり 東京大学, 大学院情報学環・学際情報学府, 教授 (40242127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 周 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30272371)
仁木 清美 東京都市大学, 工学部, 教授 (40218095)
庄島 正明 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (80376425)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 脳血管疾患 / データ同化 / 全身循環血流解析 / マルチモダリティデータ / 1D-0D解析 / 可視化インターフェース / 末梢血管抵抗 / ステント留置術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳梗塞の原因となる動脈硬化症では、重度の狭窄が生じた場合にステント留置手術などが行われる。しかし、手術後に脳出血や再狭窄を起こす場合があり、手術後の脳循環動態の予測が求められている。手術による血行動態の変化は全身に及ぶため、全身循環を模擬し、かつ、様々な手術に対応したケース・スタディを効率的・効果的に行う必要がある。本研究は、1D-0D (One-Zero Dimensions)解析による全身循環血流解析と患者の医用計測データ同化により、患者個人の各々の状況に対応した脳循環動態の予測手法およびシステムの開発を目的としている。研究内容としては、１）異なる医用計測データ（マルチモダリティ）からの血管形状や血流情報の情報抽出手法の開発、２）データ同化によるマルチスケール全身循環血流解析の開発、３）データとシミュレーションを結ぶ可視化機能を持つインターフェースの構築、の3点に重点を置いて横断的に研究を推進する。
2年目である平成29年度は「PhaseII: 1D-0D全身シミュレーションの精度比較と末梢血管抵抗の予測方法の提案」を年次目標として、1D-0Dシミュレーションの精度検証のため、計測データと3Dシミュレーション結果との比較を行った。また、手術による末梢血管抵抗の変化の予測が課題であることから、データ同化を考慮しながら予測精度の検証を行った。また、形状の変化をインタラクティブにシミュレーションプログラムに反映できるようなインターフェースの開発を行い、共同研究者の医師の意見を取り入れながら、実用的なシステムの構築を行っている。
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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
2年目の具体的な目標として、（１－２） データ同化手法の検討、（２－２）精度検証と末梢血管抵抗の予測、（３－２）インターフェースの開発、を掲げ、研究を推進した。それぞれの進捗状況は以下の通り。
（１－２）PC-MRIから血流速度を得ることができ、一方、SPECTからは末梢流量を得た。しかし、計測手法や画像が異なることから、脳内の該当する領域やパラメータの単位も異なる。このように異なるデータをシミュレーションに入力データとして用いるために、複数の症例から各モダリティデータ間の相関を調査した。また、術前と術後のデータを比較し、脳内の血流分配を決める要因の一つである末梢血管抵抗の予測方法について検討した。
（２－２）1D-0D解析の精度評価を行った。具体的には、同じ患者のデータを用いて3D詳細解析を行い、1D-0D解析結果と比較して、精度検証を行った。また、四肢に関する超音波データや、術前および術後のPC-MRIやSPECTと比較し、さらにデータ同化手法を取り入れながら、末梢血管抵抗の予測を行う手法を開発した。
（３－２）ステント留置やバイパス手術などの外科手術を行う場合には、血管形状を変化させる必要があるため、インタラクティブに血管形状を変化させ、シミュレーションにフィードバックできるようなインターフェースを開発した。これにより、臨床において迅速に様々なケース・スタディができるようなプラットフォームを構築できるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である平成３０年度は「PhaseIII:ステント留置手術を想定した術後予測シミュレーションの検討」について本年度の（１－２）データ同化手法、と（３－２）インターフェースの開発、を引き続き行うとともに、（２－３）術後予測と検証、を重点的に行う。
具体的には、データ同化の検討によって、様々なデータを組合せることで本手法の検証を行う。また、例えば、ステント留置手術を想定し、術前のデータを用いて手術後の予測計算を行う。これらの結果を術後のマルチモダリティ・データと比較し、術後予測に向けたシミュレーションの課題を整理する。
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[Journal Article] Computational fluid dynamics study of intra-arterial chemotherapy for oral cancer2017
Author(s)
Kitajima, H., Oshima, M., Iwai, T., Ohhara, Y., Yajima, Y., Mitsudo, K., Tohnai, I.
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Journal Title
BioMedical Engineering OnLine
Volume: 16
Pages: 1-26
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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