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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

研究課題

研究課題/領域番号 20K12634
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関森ノ宮医療大学

研究代表者

稲田 慎  森ノ宮医療大学, 医療技術学部, 教授 (50349792)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードコンピュータシミュレーション / インシリコ / 心臓モデル / 不整脈 / 心房細動 / シミュレーション / 治療戦略
研究開始時の研究の概要

突然死の原因になることもある不整脈の発生メカニズムの解明や新たな治療方法を検討することを目的とする.そのために,コンピュータ上に心臓モデルを構築し,心臓の電気活動をシミュレーションにより再現する.不整脈が発生しやすい心臓の状態を検討するとともに,不整脈が発生したときの薬やアブレーション(焼灼)などによる治療をコンピュータ上で再現し,不整脈に対するリスク評価や新たな治療方法の開発を目指す.

研究実績の概要

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.2023年度は,心房モデルを構築し,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,不整脈の要因の一つである肺静脈起始部からの異常自動能を再現するために,肺静脈起始部に自動能よりも速い頻度で刺激を加え,肺静脈からの異常興奮による不整脈誘発の有無を検討した.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,肺静脈からの異常興奮の頻度,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などが考えられた.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.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

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2024年度末まで延長することとした.

今後の研究の推進方策

心房モデルを用いたシミュレーションについては,引き続きシミュレーション実験を継続する.また,不整脈に対する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は,大阪大学サイバーメディアセンターの大規模計算機システムを用いる.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.

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Mechanism of Ventricular Fibrillation: Current Status and Problems2022

    • 著者名/発表者名
      Nitaro Shibata, Shin Inada, Kazuo Nakazawa, Takashi Ashihara, Naoki Tomii, Masatoshi Yamazaki, Haruo Honjo, Hiroshi Seno, Ichiro Sakuma
    • 雑誌名

      Advanced Biomedical Engineering

      巻: 11 号: 0 ページ: 117-135

    • DOI

      10.14326/abe.11.117

    • ISSN
      2187-5219
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Underdetection of Ventricular Fibrillation by Wearable Cardioverter-Defibrillator Leading to Sudden Death2020

    • 著者名/発表者名
      Kokubun Hiroto、Miyauchi Yasushi、Inada Shin、Shimizu Wataru
    • 雑誌名

      Circulation Journal

      巻: 85 号: 1 ページ: 79

    • DOI

      10.1253/circj.CJ-20-0979

    • NAID

      130007961216

    • ISSN
      1346-9843, 1347-4820
    • 年月日
      2020-12-25
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spatially Controllable Region Growing for Segmenting Heart Chambers2020

    • 著者名/発表者名
      Ijiri Takashi、Tsuruoka Shogo、Kamoshita Hiryu、Hirabayashi Akira、Inada Shin、Shiraishi Isao、Kurosaki Ken-ichi、Nakazawa Kazuo
    • 雑誌名

      Advanced Biomedical Engineering

      巻: 9 号: 0 ページ: 172-180

    • DOI

      10.14326/abe.9.172

    • NAID

      130007897954

    • ISSN
      2187-5219
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanism of Electrical Defibrillation: Current Status and Future Perspective2020

    • 著者名/発表者名
      Shibata Nitaro、Inada Shin、Nakazawa Kazuo、Tomii Naoki、Yamazaki Masatoshi、Seno Hiroshi、Honjo Haruo、Sakuma Ichiro
    • 雑誌名

      Advanced Biomedical Engineering

      巻: 9 号: 0 ページ: 125-137

    • DOI

      10.14326/abe.9.125

    • NAID

      130007882170

    • ISSN
      2187-5219
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 心房細動興奮伝播様式の再現を目指した大規模電気生理学的シミュレーションと可視化2023

    • 著者名/発表者名
      中沢一雄,稲田慎,岸田優作,柴田仁太郎,富井直輝,高山健志,井尻敬,芦原貴司
    • 学会等名
      第62回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 心房細動患者を想定した3次元心房形状モデルの構築による興奮伝播ダイナミクスの可視化2023

    • 著者名/発表者名
      中沢一雄,稲田慎,岸田優作,柴田仁太郎,富井直輝,高山健志,井尻敬,山口豪,芦原貴司
    • 学会等名
      第43回医療情報学連合大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      第61回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      第61回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト心房の3次元モデルに基づく心房細動興奮伝播様式の再現を目指した電気生理学シミュレーションと可視化2021

    • 著者名/発表者名
      岸田優作,浦田智和,大星直樹,宮崎晃,芦原貴司,坂田憲祐,柴田仁太郎,井尻敬,高山健志,信太宗也,原良昭,稲田慎,中沢一雄
    • 学会等名
      第41回医療情報学連合大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] A Simulation Stuty for Investigating Mechanisms of Ventricular Arrhythmia Induced from Conduction Delay Zone in Right Ventricular Outflow Tract2021

    • 著者名/発表者名
      Shin Inada, Takeshi Aiba, Nitaro Shibata, Ryo Haraguchi, Takashi Ashihara, Kengo Kusano, Wataru Shimizu, Takanori Ikeda, Ichiro Sakuma, Kazuo Nakazawa
    • 学会等名
      第67回日本不整脈心電学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] The Strategy of ExTRa Mapping-Guided Miniman Ablation Should Be Determined by the Size of Left Atrium: ExTRa Mapping Project2021

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Sakata, Yusuke Okuyama, Tomoya Ozawa, Yusuke Fujii, Koichi Kato, Ryo Haraguchi, Shin Inada, Kazuo Nakazawa, Yoshihisa Sugimoto, Kohei Yamashiro, Yoshihisa Nakagawa, Takashi Ashihara
    • 学会等名
      第67回日本不整脈心電学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical study for comparing vectorcardiogram in normal and abnormal excitation in the heart2021

    • 著者名/発表者名
      Shin Inada, Nitaro Shibata, Ryo Haraguchi, Takashi Ashihara, Sayaka Ohkubo, Kazuyuki Mitsui, Kazuo Nakazawa
    • 学会等名
      第60回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト心房の3次元モデルに基づく洞調律興奮伝播シミュレーションと可視化2021

    • 著者名/発表者名
      岸田優作,浦田智和,宮崎晃,大星直樹,芦原貴司,坂田憲祐,柴田仁太郎,井尻敬,高山健志,信太宗也,原良昭,稲田慎,中沢一雄
    • 学会等名
      第60回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 右室流出路における伝導障害が引き起こす心室性不整脈発生機序の検討2020

    • 著者名/発表者名
      稲田慎,相庭武司,柴田仁太郎,芦原貴司,草野研吾,清水渉,中沢一雄
    • 学会等名
      心電学関連研究会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 3次元心房形状モデルに基づく心房細動興奮伝播様式の再現と心房焼灼治療をめざした電気生理学シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      宮崎晃,大星直樹,芦原貴司,柴田仁太郎,井尻敬,高山健志,信太宗也,原良昭,稲田慎,中沢一雄
    • 学会等名
      第40回医用情報学連合大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] コンピュータシミュレーションを用いた右室流出路伝導遅延が原因となる心室性不整脈発生メカニズムの検討2020

    • 著者名/発表者名
      稲田慎,相庭武司,柴田仁太郎,原口亮,芦原貴司,草野研吾,清水渉,池田隆徳,佐久間一郎,中沢一雄
    • 学会等名
      第59回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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