Development of a bed-side hemodynamic simulator for complex congenital heart anomaly

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K09282
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 清水 秀二 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 客員研究員 (80443498)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宍戸 稔聡 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (60300977) ; 小谷 恭弘 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (90534678)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 先天性心疾患 / シミュレーション / 血行動態 / ベッドサイド

Outline of Annual Research Achievements

シミュレーションの個別化を図る上で最も問題となるのは、患児個々人で異なる解剖学的構造と、心筋収縮性や血管抵抗などの個別のパラメタをいかに推定するかである。
平成３１年度/令和元年度は、複雑心奇形の血行動態を再現できるベットサイド・シミュレータを開発するために、①解剖学的構造の推定、②個別パラメタの推定、③非線形要素の推定に３つの要素について研究を行った。
①解剖学的構造の推定については、循環系を左心房・左心室・右心房・右心室・体血管・肺血管の６つのパーツに分割し、疾患に合わせて配列していくことで、複雑心奇形の解剖学的構造を再現できるモデルを構築した。
②個別パラメタの推定については、心筋収縮性や血管抵抗などの個別パラメタを、心臓カテーテル検査・心エコー検査などのデータから推定し、シミュレータに初期値として入力できるように検討を行った。心筋収縮性は、カテーテル検査での心室圧データと心エコーの心室容積データから推定する方法を検討した。また、血管抵抗は、動脈圧・心房圧と心エコーによる心拍出量データから算出する方法を検討した。動・静脈のキャパシタンスは測定が困難であるため、他のパラメタを設定した後に、圧波形データの近似から推定するアルゴリズムを検討中である。
③非線形要素の推定については、狭窄や短絡（シャント）における圧較差を心エコーでの流速データと心エコー・CTによる構造データから推定する方法を検討した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

実測できない動・静脈のキャパシタンスを、圧波形データの近似から推定するアルゴリズムを検討中であるが、現時点ではまだ完成しておらず、進捗がやや遅れている。また、新型コロナウイルス感染症に関連して分担施設でのデータ収集にやや遅れがみられる。

Strategy for Future Research Activity

動・静脈のキャパシタンスを圧波形の近似から推定するアルゴリズムの開発と並行して、各疾患における平均的な血行動態のデータから動・静脈のキャパシタンスを一意的に定めることでシミュレーションを行えるようにする。

Causes of Carryover

先行研究で使用したシミュレーション用のシステムを、本研究用の新システムに順次、移行しており、一部ソフトウェアについては、開発の都合上、次年度に新システムに導入することとなったため、次年度使用額が生じた。
また、新型コロナウイルス感染症により学会等が延期となったため、それに合わせ、次年度使用額が生じた。