2019 Fiscal Year Annual Research Report
有限要素解析及び拍動循環試験に基づく二尖弁形成術の医工学的評価法確立に関する研究
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19J23308
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
高田 淳平 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 大動脈弁二尖弁疾患 / 有限要素解析 / 大動脈弁形態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大動脈弁二尖弁疾患は逆流症や狭窄症そして上行大動脈拡大を引き起こすが、弁癒合形態により症状の進行スピードが大きく異なる。弁尖の交連角度を制御する二尖弁形成術が行われるが、交連角度と術後大動脈弁性能の関係は未解明である。そこで任意の交連角度を有する二尖弁疾患モデルを作製したのち、有限要素解析を用いた弁尖にじる応力分布の算出、及び拍動循環試験による弁血行動態の取得、を行うことにより、二尖弁形成術評価法の構築を行うことを目的とした。
初年度は1)二尖弁疾患形状の特徴把握、2)二尖弁疾患モデル作製法の構築、3)有限要素解析を用いた二尖弁形成術の術式評価法構築 を行った。
二尖弁疾患モデルを作製するにあたり、まず二尖弁疾患形状の特徴把握を行った。ブタ摘出大動脈に上行大動脈側から空気圧を負荷させながらMicro-CTを用いて撮像することにより、高分解能(0.1 mm)で弁閉鎖形状を取得した。取得した形状を基に実際に二尖弁疾患モデル作製法の構築を行った。
二尖弁疾患モデルの弁尖モデルはグルタールアルデヒド固定処理を施したウシ心膜を弁尖形状にトリミングすることにより作製した。血管モデルはブタ大動脈を縫合することにより内径24 mmの円筒にすることにより作製した。作製した二尖弁疾患モデルは十分な弁接合長さを有しており、拍動循環試験を実施するに適したモデルであると考えられた。
取得した大動脈弁形状を基に有限要素解析を用いて二尖弁形成術の術式評価法を構築した。有限要素解析の結果、交連角度140-220モデルと180-180モデルでは弁輪が楕円状につぶれて最大応力が増加したのに対して、120-240モデルでは正円に近いため弁尖に生じる最大応力が低いことが明らかになった。本結果から、120-240の交連角度を有する二尖弁疾患モデルは術後成績が良好であるという仮説を立てることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度にあたる2019年度は当初の研究計画スケジュール以上に研究を進めることが出来た。研究計画スケジュールでは2019年度までに1)二尖弁疾患形状の特徴把握、2)有限要素解析を用いた二尖弁形成術の術式評価法構築の2つを行う予定であった。研究全体では拍動循環試験と有限要素解析の2つを行う予定である。研究計画立案当初は拍動循環試験と有限要素解析年度ごとに分けて考えていたが、研究を進めるうえで両者を分けて考えることが出来ないことが分かった。具体的には作製した二尖弁疾患モデルの弁形状の整合性を検証する上で、拍動循環試験に使用する弁モデルと有限要素解析に用いる有限要素モデルの両方向から検討する必要があった。そのため、2019年度には行う予定がなかった「ウシ心膜を用いた二尖弁疾患モデルの作製」を本年度実施した。
また2019年度実施を予定していた研究内容も各項目において、充実した内容を満たしたと考えているので、当初の計画以上に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方策としては、まず当初の研究計画スケジュールを満たすように進めていきたいと考えている。研究計画では2020年度には1)ウシ心膜を用いた二尖弁疾患モデルの作製、2)拍動循環シミュレータを用いた二尖弁形成術の術引き評価法構築を行う予定であった。しかし、2019年度既に1)ウシ心膜を用いた二尖弁疾患モデルの作製を完了している。
2020年度当初の予定では2)拍動循環シミュレータを用いた二尖弁形成術の術引き評価法構築を2020年度前半に完了させて、2021年度に予定していた研究内容を推進していこうかと考えていたが、2020年度昨今の新型コロナウイルスの関係で、研究を進めていることが出来ていないのが現状である。実験系の内容であるため、在宅研究では研究を進めることが出来ないため、現在昨年度までの有限要素解析結果を基に投稿論文の執筆を進めている。
2020年度は昨年度までの研究結果を基に論文の投稿と2)拍動循環シミュレータを用いた二尖弁形成術の術引き評価法構築を行いたいと考えている。また昨今の情勢から学会の延期・中止が多くみられるが、可能な限り学会発表に参加したいと考えている。なお。7月にモントリオールで開催される予定であったEMBC2020はオンライン開催のため、オンラインポスター発表に参加が決定している。
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