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2022 Fiscal Year Research-status Report

Study on dynamics transformation and robustness of non-paroxysmal atrial fibrillation based on phase singularity

Research Project

Project/Area Number 21K12636
Research InstitutionMorinomiya University of Medical Sciences

Principal Investigator

中沢 一雄  森ノ宮医療大学, 医療技術学部, 教授 (50198058)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 富井 直輝  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00803602)
井尻 敬  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (30550347)
稲田 慎  森ノ宮医療大学, 医療技術学部, 教授 (50349792)
芦原 貴司  滋賀医科大学, 医学部, 教授 (80396259)
高山 健志  株式会社サイバーエージェント(AI事業本部 AI Lab), AItech Studio AI Lab, - (80614370)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords心房細動 / 位相シンギュラリティ / スパイラルリエントリー / コンピュータシミュレーション / 興奮伝播ダイナミクス / 心筋焼灼術 / 可視化
Outline of Annual Research Achievements

(1)3次元形状のヒト心房モデルにおいて、従来の均質モデルに線維走向を付加した大規模な電気生理学コンピュータシミュレーションを実施した。結果として、より実際の心房細動のイメージに近づいた渦巻型旋回興奮波(スパイラルリエントリー)のダイナミクスを可視化した。しかし、渦巻型旋回興奮波は、いったんランダム・リエントリー状態に移行するものの数十秒で停止すること分かった。すなわち、完全な非発作性心房細動の再現には至らなかった。
(2)臨床の心房細動において、カテーテルの心内電位から心房細動をリアルタイムで映像化するシステムの2次元データに基づき、3次元の心房形状にマッピングする手法を開発した。また、3次元の規範モデル上で作成した可視化データを別の3次元形状モデルへ移し込むことを目標に、3角形メッシュ構造の変換についての技術開発を行った。
(3)心房細動のダイナミクスの変容を位相シンギュラリティの問題として解析するため、作成したシミュレーションデータに対して位相分散解析を実施した。一方、簡便性を重視した方法を用いて、3次元心房モデル上に渦巻型旋回興奮波の位置を示すインディケーターを含めた可視化を行った。さらに、カテーテル術者の使用を前提に、スマートグラスを用いて術野に位相マッピングの結果を重畳する可視化も行った。
(4)不整脈の細動現象の知見を整理するため、心室細動を主テーマとしたレビュー論文を作成した。また、心房細動の興奮伝播ダイナミクスの解説記事などを執筆した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

3次元心房モデルにおいて、コンピュータシミュレーションにおいて発作性心房細動はほぼ再現できたものの、発作性心房細動の再現に難航している状況である。おそらく、心房細動のドライバーとなる電気生理学特性の導入に向かう必要がある。当初、計画を予定していた心房細動の典型的症例の再現が困難なようなら、仮想的な症例を前提に、理論的な心筋焼灼術の治療戦略の開発を進める。

Strategy for Future Research Activity

作成した3次元形状のヒト心房モデルにおいて、心房細動のドライバーとなる電気生理学特性の導入を行い、目標とする非発作心房細動の再現を目指す。非発作心房細動が再現できれば、心房細動の興奮伝播ダイナミクスの変容を位相シンギュラリティの問題として解析し、理論的な基盤を構築する。具体的には、3次元形状のヒト心房モデルにおいて位相シンギュラリティの位置の分布頻度やMeandering現象の軌跡パターンのデータからダイナミクスの変容についての統計的特徴量を算出する。位相データのばらつきから位相シンギュラリティを同定する位相分散解析の手法、あるいは、より簡便な興奮波の全面と後面の交点を用いた解析から、心房細動の興奮伝播ダイナミクスの変容の層別化を図る計画とする。最終的には、再現した心房細動の複数の典型的症例について、計算機上で心筋焼灼を網羅的に行う仮想実験を大規模に実施し、典型的症例毎になるべく最小限の焼灼によって心房細動の停止につながる方法を探索する。さらに、心筋焼灼によって停止できない症例があれば、心筋焼灼術の適応外としての鑑別やAIの導入の可能性を検討する。

Causes of Carryover

コロナ禍で学会等がWeb開催になるなど、旅費を中心に計画通り予算が十分に執行できなかった。最終年度は、なるべく積極的に成果報告を行う予定である。また、研究補助者への謝金や論文執筆に関わる費用に充てる計画である。

  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 4 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Mechanism of Ventricular Fibrillation: Current Status and Problems2022

    • Author(s)
      Nitaro Shibata, Shin Inada, Kazuo Nakazawa, Takashi Ashihara, Naoki Tomii, Masatoshi Yamazaki, Haruo Honjo, Hiroshi Seno, Ichiro Sakuma
    • Journal Title

      Advanced Biomedical Engineering

      Volume: 11 Pages: 117-135

    • DOI

      10.14326/abe.11.117

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Compatible intrinsic triangulations2022

    • Author(s)
      Kenshi Takayama
    • Journal Title

      ACM Transactions on Graphics,

      Volume: 41 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1145/3528223.3530175

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 活動電位伝播・興奮伝播2022

    • Author(s)
      中沢一雄,芦原貴司
    • Journal Title

      生体医工学

      Volume: 生体工学ウェブ辞典(第一分冊) Pages: 未定

    • DOI

      10.11239/jsmbe.Dictionary.1.1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 計算科学的手法による心房細動の興奮伝播ダイナミクスと可視化2022

    • Author(s)
      中沢一雄
    • Journal Title

      生体医工学

      Volume: 60 Pages: 107-109

    • DOI

      10.11239/jsmbe.60.107

    • Open Access
  • [Presentation] Feasibility study of phase variance analysis on three-dimensional atrial fibrillation model2023

    • Author(s)
      富井直輝,稲田慎,芦原貴司,山崎正俊,瀬野宏,佐久間一郎,中沢一雄
    • Organizer
      第87回日本循環器学会学術集会(JCS2023)
  • [Presentation] Characteristics of spatial distribution of rotors in pulmonary vein isolation refractory non-paroxysmal atrial fibrillation patients2023

    • Author(s)
      Okuyama Y, Nishikawa T, Ozawa T, Fujii Y, Kato K, Sugimoto Y, Nakagawa Y, Ashihara T
    • Organizer
      第87回日本循環器学会学術集会(JCS2023)
  • [Presentation] Application of in silico model for cardiac electrophysiological mapping2022

    • Author(s)
      Ashihara T
    • Organizer
      IUPESM WORLD CONGRESS on Medical Physics & Biomedical Engineering (IUPESM WC2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] What do we need to know for efficient electrical defibrillation? Insights from theoretical studies2022

    • Author(s)
      Ashihara T
    • Organizer
      第68回日本不整脈心電学会学術大会(JHRS)
    • Invited
  • [Presentation] ExTRa Mappingガイド下アブレーション:とっておきのコツを伝授します2022

    • Author(s)
      芦原貴司
    • Organizer
      第68回日本不整脈心電学会学術大会(JHRS)
    • Invited
  • [Presentation] Exponential Mapを用いた3次元心房モデル上の興奮伝播可視化2022

    • Author(s)
      後藤竜真,木村優希,井尻敬,芦原貴司,中沢一雄
    • Organizer
      Visual Computing + VC Communications 2022 (VC+VCC 2022)
  • [Presentation] 新たな心房細動治療法の開発を目的とした心房モデルの構築2022

    • Author(s)
      稲田慎,岸田優作,高山健志,井尻敬,芦原貴司,大星直樹,柴田仁太郎,中沢一雄
    • Organizer
      第61回日本生体医工学会大会
  • [Presentation] ヒトの3次元心房モデルに基づく心房細動興奮伝播シミュレーションと拡張現実での可視化2022

    • Author(s)
      岸田優作,浦田智和,橋本陸,大星直樹,芦原貴司,井尻敬,高山健志,柴田仁太郎,原良昭,信太宗也,稲田慎,中沢一雄
    • Organizer
      第61回日本生体医工学会大会
  • [Presentation] ヒト3次元心房モデルに基づく心房細動興奮伝播シミュレーションと可視化2022

    • Author(s)
      中沢一雄,稲田慎,原良昭,岸田優作,柴田仁太郎,富井直輝,高山健志,井尻敬,芦原貴司
    • Organizer
      第42回医療情報学連合大会(第23回日本医療情報学学術大会)
  • [Presentation] Optimization of myocardial ablation therapy using in silico deep reinforcement learning2022

    • Author(s)
      Naoki Tomii, Hiroshi Seno, Masatoshi Yamazaki, Ichiro Sakuma
    • Organizer
      IUPESM WORLD CONGRESS on Medical Physics & Biomedical Engineering (IUPESM WC2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electrogram-based feedback stimulator and simultaneous panoramic optical measurement system for validation of adaptive defibrillation strategies2022

    • Author(s)
      古川航暉,瀬野宏,山崎正俊,佐久間一郎,富井直輝
    • Organizer
      第68回日本不整脈心電学会学術大会(JHRS)

URL: 

Published: 2023-12-25  

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