Visullization, quantification, and virus analysis of surgical smoke

2024 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K12931
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 渡邊 祐介 北海道大学, 大学病院, 特任講師 (90789405)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 典彦 北海道大学, 医学研究院, 客員教授 (30399894) ; 佐々木 勝則 北海道大学, 医学研究院, 学術研究員 (60336394) ; 高橋 佑典 独立行政法人国立病院機構大阪医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 機関長・部門長クラス (70597484)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: サージカルスモーク / 手術室環境 / 感染

Outline of Annual Research Achievements

微粒子分布解析：手術室環境で採取した粒子実測定データを基に、数値流体力学（CFD）を活用した空調気流シミュレーションを通じて、手術室内の粒子拡散モデルの構築を開始した。Reynolds-Averaged Navier-Stokes（RANS）乱流モデルを用いた複数条件下での解析を実施したものの、実測値と一致する結果を得られなかった。専門家とより精緻なもでるであるが高い演算力が求められるDirect Numerical Simulation（DNS）モデルについて、スーパーコンピュータの活用を含め検討を行っている。これを踏まえ、微粒子カウンター（0.1～0.5μm）を使用し、10例のデータ収集を進めた。また、電気メスの作動音から、作動時間・タイミングを判別する音声認識モデルの構築についても見通しがたち、データ統合を進める段階まで到達した。中途の成果について、ISO会議（TC 121/SC 6）や諸学会等で発表し、新たに収集した情報を加え、論文2本について加筆修正に取り組んでいる。
サージカルスモークのウイルス含有と感染性に関する研究では、協力医療機関においてIRBの承認を得た上で、HIV陽性の男性に見られる尖圭コンジローマからHPVおよびHIVウイルスのPCR定量試験を開始した。すでに４例にデータ収集を終え、５例目を待って解析を行う計画としている。ウイルス学の専門家の助言を受け、HPVの感染力価の評価方法とHIVの感染力価を定性または定量的に評価する方法について検討を続けている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

CFD(数値流体力学)に基づくシミュレーションについては、粒子拡散に係る定量的測定値が再現できず、すべての渦を演算するDNS（Direct Numerical Simulation）モデルが必要であるという見解に至った。改めてPIV解析の可能性について検討したが、演算手法の限界から、スーパーコンビューターの活用について検討している。他方、手術室内の微粒子数に関するリアルデータ収集は進んでおり、まもなく構築を終える情報統合解析（微粒子数とエネルギーデバイスの作動タイミング・作動時間）プログラムを用いて多次元解析を行うこととしている。なお、ウイルスに関する検討については、症例が集積しており、5例到達時点で解析を行う計画で進めている。

Strategy for Future Research Activity

ウイルス計測については、まもなく初期の症例集積目標に達するため、定量的評価を実施する。また、微粒子の実測データを用いた解析プログラム構築の実行可能性が確認されたので、当該プログラムの妥当性検証を進める。北海道大学工学部に在籍する空調分野の専門家を含む工学系有識者とは協議を繰り返し、粒子拡散モデルの構築について検討を継続する。これらのデータを加えて、知財の有無を検討した上で、学術発表（学会発表・論文）を行う。

Causes of Carryover

ウイルス解析費用、および構築解析プログラムを用いた統合解析に関連する費用に用いる。また、これら成果の学術発表にかかる論文英文校正、学会関連費用等に用いる。