2023 Fiscal Year Final Research Report

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

Research Project

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Project/Area Number	21K12636
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research Institution	Morinomiya University of Medical Sciences
Principal Investigator	NAKAZAWA Kazuo 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), 准教授 (00803602) 井尻敬芝浦工業大学, 工学部, 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, リサーチサイエンティスト (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 / コンピュータシミュレーション / 可視化 / 興奮伝播ダイナミクス / スパイラルリエントリー / ローター
Outline of Final Research Achievements	Creating a three-dimensional atrial shape model of a typical patient with atrial fibrillation, we conducted large-scale electrophysiological computer simulations based on differential equations with 28.5 million variables, and developed a system for computationally analyzing the arrhythmia phenomena of atrial fibrillation, a major cause of heart failure or cerebral infarction. In this system, we have reproduced the dynamics of excitation propagation of atrial fibrillation induced by abnormal excitations derived from a pulmonary vein, which is close to the actual pathological condition. The dynamics transformation of atrial fibrillation was analyzed as a phase singularity problem, and the trajectories of the meandering rotors, the persistent mechanism of atrial fibrillation, were visualized on a three-dimensional atrial model.
Free Research Field	生体医工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	心房細動は心不全や脳梗塞などの大きな原因となる不整脈であり、わが国において患者数は100万人以上と推定されている。早期の発作性心房細動の治療にはカテーテルアブレーションによる肺静脈隔離術が有効である。しかし、心房細動が長期に持続する非発作性心房細動には未だ有効な手法は確立されていない。非発作性心房細動の複雑な興奮伝播ダイナミクスをコンピュータ上に再現し計算科学的に解析することは、有効な治療法を確立する上で極めて重要である。本研究では心房細動をコンピュータ上に再現するだけでなく、そのダイナミクス変容を位相シンギュラリティの問題として解析し、理論的基盤を構築した。