2022 Fiscal Year Research-status Report
多階層３次元心臓モデルを用いた不整脈誘発性・持続性の評価に関するインシリコ研究
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20K12634
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| Research Institution | Morinomiya University of Medical Sciences |
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Principal Investigator |
稲田 慎 森ノ宮医療大学, 医療技術学部, 教授 (50349792)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中沢 一雄 森ノ宮医療大学, 医療技術学部, 教授 (50198058)
相庭 武司 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 部長 (40574348)
芦原 貴司 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (80396259)
山口 豪 四国大学, 看護学部, 准教授 (60532182)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | コンピュータシミュレーション / インシリコ / 不整脈 / 心臓モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心臓モデルを用いたコンピュータシミュレーションを実行し，不整脈の発生メカニズムを明らかにするとともに，不整脈に対するリスク評価，新たな治療戦略を開発するための研究を行っている．2022年度は，心房モデルを構築し，心構築したモデルを用いたコンピュータシミュレーションを実行することで，不整脈の誘発性および持続性について検討した．
心房形状モデルは，3次元モデルを構築することができるアプリケーションを用いて構築した．この心房形状モデルは心筋表面の形状のみを表すものであるため，次に，この形状モデルを，心筋細胞に相当するユニットの集合として表し，心筋組織内部の構造も含めたモデルとした．さらに，このモデルに心筋線維走向を導入し，シミュレーションに用いる心房モデルとした．心筋線維走向の導入には，手書きによる心筋線維走向を設定するユーザインタフェースを備えたアプリケーションを使用した．
構築した心房モデルを用いて心房内の興奮伝播過程を再現するシミュレーション実験を実行した．シミュレーションでは，まず右心房内の洞房結節からの自動能の発生を想定し，洞房結節に対応する部位に電気刺激を与え，自動能による興奮伝播を再現した．次に，心房内の一部の領域に電気刺激を与え，不整脈に伴う心房内の興奮伝播過程の乱れを再現することを試みた．不整脈の誘発性および持続性に影響を与える因子として，電気刺激を与えるタイミング，心筋細胞の電気生理学的特性，心筋細胞間の電気的結合力が考えられた．これらの要因を様々な組合せで変更しながらシミュレーション実験を繰り返し行った．また，心筋線維走向が不整脈の誘発性および持続性へ与える影響についても検討するために，心筋線維走向を導入しない均質モデルを用いたシミュレーション実験も併せて行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
コロナ禍により本務の形態が大幅に変化し，当該研究の遂行に必要な時間の確保が困難であったため，当初予定していた計画の遂行は遅れている．そのため，研究期間を2023年度末まで延長することとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
心房モデルを用いたシミュレーションについては，引き続き，心筋線維走向や洞結節および房室結節などの刺激伝導系のモデルへの導入，肺静脈における異常興奮を再現することが可能なモデルへの改良を進める．また，アブレーションによる治療を想定したシミュレーション実験，心電図およびベクトル心電図の理論的算出による適切なアブレーション部位を決定するための手法の検討など，治療戦略の検討も行う予定である．
心室壁モデルを用いたシミュレーションについては，これまでに得られたシミュレーション結果の解析を進め，必要に応じて追加実験を行う．また，全心室モデルを用いたシミュレーションの結果と合わせた，不整脈の誘発性および持続性の評価を行う予定である．さらに，理論的に算出した心電図やベクトル心電図から不整脈の起源となる異常興奮発生部位の同定への応用についても併せて検討を進める．
上記のシミュレーションの一部は本務校に設置したワークステーションで実行する．ここでは，モデルの構築およびそれに伴う予備実験を行い，種々のシミュレーション条件による多数のシミュレーションの実行は，大阪大学サイバーメディアセンターの大型計算機を用いる．そのため，研究費の一部は大型計算機システムの利用料として用いる予定である．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により研究の進捗が遅れたため，これまでの使用を予定した研究費の一部が2023年度に繰り越された．研究の遅れを取り戻すために，繰り越された研究費の一部を，大阪大学サイバーメディアセンターで稼働中の大型計算機システムの利用料へ使用し，シミュレーション実験の数を増加させ，研究を加速させる．
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