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有限要素解析及び拍動循環試験に基づく二尖弁形成術の医工学的評価法確立に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19J23308
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分90140:医療技術評価学関連
研究機関早稲田大学

研究代表者

高田 淳平  早稲田大学, 先進理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード大動脈弁二尖弁疾患 / 拍動循環試験 / 有限要素解析 / 拍動循環シミュレータ / 血行動態計測 / 大動脈弁形態
研究開始時の研究の概要

本研究では,現在明らかになっていない二尖弁疾患における交連調整角度を明らかにするために,二尖弁形成術式評価法構築及び,二尖弁形成術の術式最適化に取り組む挑戦的研究である.交連調整角度が術後大動脈弁性能に及ぼす影響を明らかにするため,任意の交連角度を有する二尖弁疾患モデルを作製し,有限要素解析を用いた弁尖に生じる応力分布の算出と,拍動循環シミュレータを用いた弁拍動性能の計測を行うことにより,二尖形成術評価法の構築と二尖弁形成術式の最適化に取り組む.

研究実績の概要

大動脈弁二尖弁疾患とは本邦でも人口の約1%に認められる症例であり、大動脈弁逆流症や狭窄症、または上行大動脈拡大等に進展する。今後の治療方針次第で患者QOL向上を望めるが、弁尖へ手術アプローチする場合は人工弁置換が一般的に実施される。人工弁は耐久性に富む一方で抗凝固剤の服用等課題が残ってしまう。これに対して、二尖弁疾患の弁形態による血行動態や弁開閉形態の違いを明確にすることにより、二尖弁疾患における形成術の確立を目指すのが本研究の目的である。
昨年度までに、拍動循環シミュレータを用いた弁前後血行動態計測システム、有限要素解析を用いた弁閉鎖時形状・閉鎖時最大応力を算出する試験システムを構築した。本年度はこれらの試験システムを用いて明らかにした、大動脈弁二尖弁疾患の弁形態が弁機能に及ぼす影響に関する知見を基に、新たな大動脈弁二尖弁疾患に対する治療指針の取得に取り組んだ。
これらの試験システムを基に大動脈二尖弁疾患に対する形成術式を考案すると、交連角度が対称に近づくと弁接合性能が改善されるが、弁開口面積が低下する。一方で交連角度が非対称に近づくと弁接合性能が悪化するが、弁開口面積が保たれる。しかし、弁開口位置が中央からずれて傾くために、実際の血行動態を想定すると、血管の長軸方向に対して傾くような血行動態になるのではないかと想定される。これはジェット流の衝突による大動脈拡大を引き起こすのではないかと考えた。そのため、二尖弁疾患に対しては弁尖がなるべく対称性を有するように形成術を施し、弁輪が狭窄しないように弁輪面積を確保するのが重要なのではないかという治療指針を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Bicuspid aortic valve morphology and aortic valvular outflow jets: An experimental analysis using an MRI-compatible pulsatile flow circulation system2021

    • 著者名/発表者名
      K. Hattori, N. Nakama, J. Takada, G. Nishimura, R. Moriwaki, E. Kawasaki, M. Nagao, Y. Goto, H. Niinami, K. Iwasaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11:2066 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41598-021-81845-w

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] he efficacy of sinus plication in aortic valvuloplasty for bicuspid aortic valve: experiments in a pulsatile flow simulation model2021

    • 著者名/発表者名
      S. Arimura, J. Takada, G. Nishimura, N. Nakama, E. Kawasaki, M. Matsuhama, K. Iwasaki, H. Kasegawa, T. Kunihara
    • 雑誌名

      European Journal of Cardio-Thoracic Surgery

      巻: 00 号: 4 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1093/ejcts/ezab115

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Aortic root geometry following valve-sparing root replacement with reimplantation or remodeling: Experimental investigation under static continuous pressure2020

    • 著者名/発表者名
      K. Sasaki, T. Kunihara, H. Kasegawa, M. Seki, H. Seki, J. Takada, S. Sasuga, R. Kumasawa, M. Umezu, K. Iwasaki
    • 雑誌名

      J Artif Organs

      巻: Others 号: 2 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1007/s10047-020-01242-4

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 4D-MRIにて血流計測が可能な評価系回路を用いた大動脈二尖弁形態と上行大動脈形状が血行動態に及ぼす影響の評価2021

    • 著者名/発表者名
      中間菜月,服部薫,高田淳平,川崎瑛太,濱田紘平,長尾充展,後藤康裕,岩崎清隆
    • 学会等名
      第59回日本人工臓器学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of a Pulsatile Circulatory System Incorporating a Bovine Mitral Valve for Modeling Mitral Valve Prolapse2020

    • 著者名/発表者名
      J. Takada, R. Moriwaki, G. Nishimura, K. Iwasaki
    • 学会等名
      EMBC2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a Pulsatile Circulatory System for Investigating Hemodynamics in Ascending Aorta under 4D-MRI Environment2020

    • 著者名/発表者名
      N. Nakama, K. Hattori, J. Takada, G. Nishimura, R. Moriwaki, K. Iwasaki
    • 学会等名
      EMBC2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大動脈弁二尖弁疾患における交連角度が弁閉鎖時の応力に及ぼす影響:有限要素解析による評価2019

    • 著者名/発表者名
      高田淳平,熊澤亮,服部薫,梅津光生,岩﨑清隆
    • 学会等名
      第58回日本生体医工学学会/第7回看護理工学会学術集会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 拍動循環シミュレータを用いた大動脈弁二尖弁疾患における交連角度が弁拍動性能に及ぼす影響の評価2019

    • 著者名/発表者名
      高田 淳平, 服部 薫, 熊澤 亮, 西村 剛毅, 森脇 涼, 梅津 光生, 岩﨑 清隆
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会プログラム, p.22, 第32回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of the influence of the commissure orientation on hydrodynamic peformances of the bicuspid aortic valve2019

    • 著者名/発表者名
      J.Takada, R.Kumazawa, K.Hattori, G.Nishimura, R.Moriwaki, M.Umezu, K.Iwasaki
    • 学会等名
      ICBME2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 病変状態を模擬した心臓弁等の臓器モデルの作製2021

    • 発明者名
      岩﨑 清隆
    • 権利者名
      岩﨑 清隆
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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