電流分布の不均一性を考慮に入れた新しいコンダクタンスカテーテルシステムの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14570707
• 研究機関: 国立循環器病センター研究所
• 研究代表者: 杉町 勝 国立循環器病センター研究所, 循環動態機能部, 室長 (40250261)
• 研究分担者: 上村 和紀 国立循環器病センター研究所, 循環動態機能部, 室員 (10344350) ; 稲垣 正司 国立循環器病センター研究所, 循環動態機能部, 室長 (80359273)
• キーワード: コンダクタンスカテーテル / 不均一電場分布 / 偏微分方程式 / 有限要素法 / ソフトウェア復調

研究概要

1.単純な形状の心室および胸郭モデルを用いて、カテーテル両端からの通電に対して、心室内腔、心筋、心筋周曲組織に対してどのように電流が流れ分布するのか(不均一な電流分布)を数値解析で明らかにした。
1)数値解析法の確立と非線形性の解析
前年に示したように、心室内の電流分布は偏微分方程式Vxx+Vyy+Vzz=0(心内膜における境界条件:Vn=0電極での境界条件:V=±V0)で記述される。軸対称性を利用して円筒座標に変数変換し、さらにt=log(r)と置くことにより、exp(-2t)Vtt+Vzz=0という方程式に変換できる。
このことから、カテーテルからの距離の対数値が等間隔となる離散化を行うことによって、離散化をあまり細かくしなくても数値解析の結果が容易に収束することが明らかになった。この解析によって、不均一な電流分布によって容積と流れる電流の総和との非線形性が明らかになった。
2)任意の回転体形状での数値解析
任意の形状を回転軸を中心に回転させた図形を用い、電流分布と非線形性を解析できるソフトウェアを開発した。
3)カテーテルにおける非線形性の確認(体外での実験的解析)
実際のカテーテル(電極間距離1mm、電極幅1mm)で非線形性を確認し、電流の90%が含まれる有効電流半径を求めた。有効電流半径は3.3mmであった。電極形状にもよるが、従来の報告値よりも大きいが定量的には本実験が正確であると考えられた。
2.コンピュータにより交流電流の発生からRMS値測定までをおこなうディジタルコンダクタンス容積測定装置を開発した。ディジタル化および無線測定により小型化、低消費電力化が可能となり、ラットなどの小動物に植え込んで覚醒動物で連続的に容積信号を測定することが可能となった。

研究成果

• [文献書誌] Uemura K, Sugimachi M, Kawada T, Kamiya A, Jin Y, Kashihara K, Sunagawa K: "A Novel Framework of Circulatory Equilibrium."Am J Physiol Heart Circ Physiol. (in press). (2004)
• [文献書誌] Sugimachi M, Sunagawa K: "Bionic cardiovascular medicine : functional replacement of native cardiovascular regulation and correction of its abnormality"IEEE EMB Magazine. (in press). (2004)
• [文献書誌] Sugimachi M, Okamoto H, Hoka S, Sunagawa K: "Faster oscillometric manometry does not sacrifice the accuracy of blood pressure determination"Blood Press Monit. (in press). (2004)
• [文献書誌] Kawada T, Uemura K, Kashihara K, Kamiya A, Sugimachi M, Sunagawa K, Sunagawa K: "A derivative-sigmoidal model reproduces operating-point dependent baroreflex neural arc transfer characteristics."Am J Physiol Heart Circ Physiol. (in press). (2004)
• [文献書誌] Li M, Zheng C, Sato T, Kawada T, Sugimachi M, Sunagawa K: "Vagal nerve stimulation markedly improves long-term survival after chronic heart failure in rats."Circulation. 109(1). 120-124 (2004)
• [文献書誌] Tastewaki T, Inagaki M, Kawada T, Shishido T, Yanagiya Y, Takaki H, Sato T, Sugimachi M, Sunagawa K: "Biphasic response of action potential duration to sudden sympathetic stimulation in anesthetized cats."Circ J. 67(10). 876-880 (2003)