心房細動維持機構の可視化と計算科学に基づく新たなアブレーション治療戦略の構築

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H01801
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐久間 一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50178597)
• 研究分担者: 本荘 晴朗 名古屋大学, 環境医学研究所, 准教授 (70262912) ; 芦原 貴司 滋賀医科大学, 医学部, 講師 (80396259) ; 中沢 一雄 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 非常勤研究員 (50198058) ; 稲田 慎 姫路獨協大学, 医療保健学部, 准教授 (50349792) ; 小林 英津子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20345268) ; 中川 桂一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00737926) ; 富井 直輝 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (00803602)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 生体制御・治療 / 心房細動 / カテーテルアブレーション / スパイラルリエントリ / 光学マッピング

研究実績の概要

①位相分散解析を用いた解析手法の有用性を、兎摘出灌流モデルを用いた膜電位光学マッピングデータを用いてさらに検討を加えた。その結果、不整脈現象において重要なSpiral Wave(SW)の旋回位置を電気刺激により移動し、解剖学的ブロックラインに衝突させてSWを停止させるという戦略を考える場合、電気刺激に生成される新たな電気興奮前面と、ともとのSWの再分極部分である後面の相互作用が重要であることを明らかにし、論文(Am. J. Physiol.,Heart and Circulatory Physiol.)として発表した。位相分散量の空間的構造によりSWのさまよい運動や電気刺激直後の挙動理解のための重要な情報が得られることを示唆するデータを得た。
②2次元心臓興奮膜電位モデルを用いたシミュレーションモデルを用いて、実験現象の詳細な検討を行い理論的な解析に取り組んでいる。この知見をもとにコンピュータシミュレーションを行い、通電刺激以外のSWへの介入手法としての局所冷却法性を検討し、局所冷却によりSWを意図する方向へ移動させることが可能であることを確認した。
③さらにこれらの知見を臨床応用するための基礎検討として、臨床応用可能な多電極双極表面電位マッピングデータから心房内の電気的興奮状態を最分極相も含め再構成する手法との妥当性を、兎摘出灌流モデルを用いた光学・電極マッピングの同時計測にて検討する実験系を構築し、現在データの蓄積を進めている。得られた実験結果に対して位相分散解析を適用し、本研究で得られた知見を臨床応用への展開の可能性を検討した。
④SWのさまよい運動が少ない心房梗塞誘発心房細動モデルを確立し、心房梗塞誘発心房細動の発生機序に酸化ストレスが大きく関与することを発見した。結果を論文（Circ Arrhythm Electrophysiol.）として公開した。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Interaction of phase singularities on spiral wave tail: reconsideration of capturing excitable gap (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomii N, Yamazaki M, Arafune T, Kamiya K, Nakazawa K, Honjo H, Shibata N, Sakuma I
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00558.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atrial Infarction-induced Spontaneous Focal Discharges and Atrial Fibrillation in Sheep: Role of Dantrolene-Sensitive Aberrant Ryanodine Receptor Calcium Release (2018)
  • 著者名/発表者名: Avula UMR, Yamazaki M, Hernandez J, Valdivia C, Chu A, Rojas-Pena A, Kaur K, Ramos-Mondragon R, Anumonwo J, Nattel S, Valdivia H, Kalifa J.
  • 雑誌名: Circ Arrhythm Electrophysiol 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1161/CIRCEP.117.005659.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation study on compressive laminar optical tomography for cardiac action potential propagation (2017)
  • 著者名/発表者名: TAKUMI HARADA, NAOKI TOMII, SHOTA MANAGO, ETSUKO KOBAYASHI, ICHIRO SAKUMA
  • 雑誌名: BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS 巻: Vol. 8, No. 4 ページ: 2339-2358
  • DOI: 10.1364/BOE.8.002339
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation of ventricular rate control during atrial fibrillation using ionic channel blockers (2017)
  • 著者名/発表者名: Inada S, Shibata N, Iwata M, Haraguchi R, Ashihara T, Ikeda T, Mitsui K, Dobrzynski H, Boyett MR, Nakazawa K
  • 雑誌名: Journal of Arrhythmia 巻: 33(4) ページ: 302-309
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.joa.2016.12.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] AF Ablation Guided by Spatiotemporal Electrogram Dispersion Without Pulmonary Vein s Isolation: A Wholly Patient-Tailored Approach. (2017)
  • 著者名/発表者名: Seitz J, Bars C, Theodore G, Beurtheret S, Lellouche N, Bremondy M, Ferracci A, Faure J, Penaranda G, Yamazaki M, Avula UM, Curel L, Siame S, Berenfeld O, Pisapia A, Kalifa J
  • 雑誌名: J Am Coll Cardiol. 巻: 69(3) ページ: 303-321
  • DOI: 10.1016/j.jacc.2016.10.065.
  • 査読あり
• [学会発表] Computer Simulation Study of Loe Energy Defibrillation by Multiple Points Stimuli (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Tomii, Masatoshi Yamazaki, Haruo Honjo, Kaichiro Kamiya, Nitaro Shibata, Ichiro Sakuma
  • 学会等名: The 10th Asia Pacific Heart Rhythm Society 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Accumulated Phase Variance Analysis of Cardiac Spiral Wave Dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Seno, Naoki Tomii, Masatoshi Yamazaki, Haruo Honjo, Kaichiro Kamiya, Nitaro Shibata, Ichiro Sakuma
  • 学会等名: The 10th Asia Pacific Heart Rhythm Society 2017
  • 国際学会
• [学会発表] High-Frame-Rate Optical Tomography for Cardiac Action Potentials:Compressive Laminar Optical Tomography (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Kobayashi, Takumi Harada, Naoki Tomii, Etsuko Kobayashi, Ichiro Sakuma
  • 学会等名: The 10th Asia Pacific Heart Rhythm Society 2017
  • 国際学会
• [学会発表] シミュレーションモデルを用いた心臓旋回性興奮制御のための局所冷却パターンの検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀬野宏、富井直輝、山崎正俊、本荘晴朗、神谷香一郎、柴田仁太郎、佐久間一郎
  • 学会等名: 生体医工学会関東支部若手研究者発表会2017
• [学会発表] Compressed Laminar Optical Tomography (CLOT)時系列計測による心臓三次元興奮波のフィラメント推定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林俊輝、富井直輝、佐久間一郎
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2017
• [学会発表] シミュレーションモデルを用いた局所冷却時の心臓旋回性興奮の挙動解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀬野宏、富井直輝、山崎正俊、本荘晴朗、柴田仁太郎、佐久間一郎
  • 学会等名: 第56回日本生体医工学会大会
• [学会発表] シミュレーションモデルを用いた点通電刺激によるspiral wave停止プロトコルに関する検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 富井直輝, 山崎正俊, 本荘晴朗, 神谷香一郎, 柴田仁太郎, 佐久間一郎
  • 学会等名: 第３２回心電情報処理ワークショップ・第２７回体表心電微小電位研究会・第１４回心電図伝送システム研究会 合同集会
• [学会発表] 累積位相分散解析を用いた心臓旋回性興奮の挙動解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀬野宏, 富井直輝, 山崎正俊, 本荘晴朗, 神谷香一郎, 柴田仁太郎, 佐久間一郎
  • 学会等名: 第３２回心電情報処理ワークショップ・第２７回体表心電微小電位研究会・第１４回心電図伝送システム研究会 合同集会
• [学会発表] Driver mapping and ablation for atrial fibrillation: ExTRa Mapping and Rotor targeted ablation (2017)
  • 著者名/発表者名: Ashihara T
  • 学会等名: The 10th Asia Pacific Heart Rhythm Society 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] AF#2-Translational Research: Clinical observations suggesting the fibroblast hypothesis of atrial fibrillation chronicity: From in silico to clinical real-time phase mapping studies (2017)
  • 著者名/発表者名: Ashihara T
  • 学会等名: The 10th Asia Pacific Heart Rhythm Society 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 可視化および計算科学に基づく心臓不整脈治療戦略の構築」：非発作性心房細動に対するExTRa Mappingガイド下アブレーションの有用性：ExTRa Mapping Project (2017)
  • 著者名/発表者名: 芦原貴司，坂田憲祐，小澤友哉，土谷健，原口亮，稲田慎，中沢一雄，堀江稔
  • 学会等名: 第56回日本生体医工学会大会
• [学会発表] 慢性心房細動アブレーションの新たな治療戦略に向けたインシリコの応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 芦原貴司，坂田憲祐，奥山雄介，小澤友哉，土谷健，原口亮，稲田慎，中沢一雄，堀江稔，杉本喜久，永田啓
  • 学会等名: 第37回医療情報学連合大会