心筋繊維の力学に基づいた左心室シミュレ-ション・システムの構築

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550072
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 徳田 正孝 三重大学, 工学部, 教授 (90023233)
• 研究分担者: 服部 正大 国立清澄病院, 内科医 ; 佐脇 豊 三重大学, 工学部, 助手 (00135427)
• キーワード: 心臓 / 左心室 / サイクル変形 / 数値シミュレ-ション / 応力解析 / 活性化応力 / サルユメア / 心機能定量的評価

研究概要

平成元年度(研究初年度)に、ヒト心臓左心室の力学的モデルおよびそれと連動する循環器系システムのモデルを構築した。またこれら二つのモデルを組み合わせることによりヒト心臓左心室のサイクル挙動を再現できるシミュレ-ション・システムの骨格を作り上げることができた。ただし、研究の初年度は、このようなシステムの可能性を第一次近似的にチェックするため、多くの仮定、出来るだけの単純化を用いている。ここで一つの大きな単純化は、左心室の形状を回転楕円体として取り扱い、変形後も楕円体形状を保つとしていることである。確かに正常な左心室の形状近似としては、妥当なものであるが、病態によりその形状は複雑に変化する。そこで平成2年度(研究第2年度)には、左心室の形状を考慮しうるシステムを構築することを試みた。このため左心室変形解析法として有限要素法を採用した。ただし、3次元形状および3次元解析は最初の段階では複雑すぎ、本システムの開発の方向を見失うおそれがあったので、まず左心室赤道面形状に注目し、2次元平面ひずみ仮定により形状を取り入れたシステムを構築した。また、このシステムにて得られた変形挙動を、心エコ-法で撮影した左心室赤道面の形状と比較し、その妥当性を確認した。次の段階として、現在、3次元形状を考慮し、3次元有限要素法を用いたシステムについてもある一定の成果を得た。ここでは、形状のみでなく、心筋の配向および電気刺激の伝播経路も行慮した。この結果については、いまだ実験結果との比較検討を行っていない。また、心臓挙動計測についても現在通常の方法で得られているデ-タは、十分とは言えないので、現在最も注目されている磁気共鳴映像法を用い、これに指標を入れることにより心臓壁の局所変形デ-タが得られるようした。本システムは、いまだ実際の診療には役立つまでには至っていないが、その可能性を十分に示している。

研究成果

• [文献書誌] 徳田 正孝: "心筋繊維の力学に基づいた左心室シミュレ-ション" 日本機械学会東海支部第38期総会講演会講演概要集. 893ー1. 65-66 (1989)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "Computer Simulation on the Movement of Left Ventricle Based on the Muscle Fibre Mechanics," Proceedings of Tissue Engng.,Symposium (eds.,S.LーV.Woo,Y.Seguchi),ASME. BEDーVol.14. 143-146 (1989)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "心臓左心室変形挙動と循環器係システムに関する計算機研究" 第1回バイオエンジニアリングシンポ講演論文集(東北大学,日本機械学会). 900ー4. 43-44 (1990)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "犬心臓左心室サイクル変形挙動に関する研究" 日本機械学会東海支部第39期総会講演会講演概要集. 930ー1. 55-56 (1990)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "Taggingにおける撮影パラメ-タのTag形成に及ぼす影響について" 日本磁気共鳴医学界雑誌(第16回日本磁気共鳴医学会講演抄録集). 10ーS2. 150-150 (1991)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "ヒト心臓左心室の機能評価のためのシミュレ-ション・システムの構築" 日本機械学会東海支部第40期総会講演会講演論文集. 913ー1. 10-11 (1991)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "MR(磁気共鳴)画像による心筋壁局所運動解析法の開発" 日本機械学会東海支部第40回総会講演会論文集. 913ー1. 14-15 (1991)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "三次元有限要素によるヒト心臓左心室の変形解析" 日本機械学会東海支部第40回総会講演会論文集. 913ー1. 12-13 (1991)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "Left Ventricle Mechanics Simulation of Finite Element MethodーMicrobiomechanical Approach" 国際医用生体工学会議;京都. (1991)
• [文献書誌] 徳田 正孝: "System Analysis of Left Ventricle" 国際医用生体工学会議;京都. (1991)