| 研究課題/領域番号 |
18K08770
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| 研究機関 | 自治医科大学 |
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研究代表者 |
木村 直行 自治医科大学, 医学部, 教授 (20382898)
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| 研究分担者 |
坂元 尚哉 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (20361115)
中村 匡徳 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
伊藤 智 自治医科大学, 医学部, 講師 (30382881)
田中 正史 日本大学, 医学部, 教授 (80382927)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 大動脈解離 / 数値流体力学計算 / 大動脈拡大 |
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| 研究実績の概要 |
大動脈解離における偽腔開存が大動脈拡大の危険因子として報告され、血行力学的因子の関与も推測されるが、解離性大動脈瘤の進展機序は十分に解明されていない。本研究は、名古屋工業大学医用生体工学研究室中村匡徳教授の研究室と東京都立大学システムデザイン学部坂元尚哉准教授の研究室との共同研究であり、大動脈解離症例を対象に数値流体力学計算（CFD: computational fluid dynamics）を実施し、真腔と偽腔の血流動態を明らかにする。大動脈壁にかかる圧力やせん断応力などの分布図を作成後、大動脈組織の構造変化とCFD解析の関連性を検証することを目的としている。
2020年度は、大動脈解離の新規病型として注目されているnon-A non-B型大動脈解離症例の血流解析を、University Medical Center Freiburg のRylski教授の研究グループと共同して行い、non-A non-B型大動脈解離症例12例・通常のB型大動脈解離症例7例（対照群）の合計19例のCFD解析を行なった。結果は、大動脈壁のせん断応力は2群間で有意差はなかったものの、non-A non-B型大動脈解離群はentry tear径が大きく、結果として偽腔壁の圧力が真腔壁に圧力より高い傾向にあることが確認された。本共同研究では、急性期に大動脈イベントが発症しやすいというnon-A non-B型大動脈解離の特性を、血流解析の観点から調査した。non-A non-B型大動脈解離の血流解析研究は症例報告のみであり、本研究の新規性は高い。本研究結果は、2021年度中に国内外の学会で発表予定である。
また、急性大動脈解離手術における人工心肺使用下での血流潅流状態を、CFDモデルを使用して解析し、本送血法の有効性を明らかにした。本研究成果は、2019年欧州心臓胸部外科学会で発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
他の大動脈疾患と比較して、大動脈解離症例は複雑な解剖学的形態（真腔・偽腔・intimal tear・偽腔内血栓）を有する。このため、非大動脈解離症例と比較して、大動脈解離症例に対するCFDは、より複雑な解析処理が必要となる。2020年度は、名古屋工業大学医用生体工学研究室中村匡徳教授の研究室とともに、急性／慢性大動脈解離患者の3DCT造影CTデータを元に、専用解析ソフトウエア（SCRYU Software Cradle）を用いて、慢性大動脈解離の血流解析モデルの構築を目指した。
2020年度は、新型コロナウイルス（COVID-19）の感染拡大により、当該研究施設だけでなく、共同研究施設である東京都立大学と名古屋工業大学でも、学生教育業務や実験活動に制限が生じた。特に1例の解析実験に多くの時間と労力を必要するCFD画像解析実験に関しては、緊急事態宣言下で実験凍結期間もあったため、解析実験数の蓄積が不十分な状況となった。このため、2020年が研究最終年であったが、研究期間を一年間延長した。今後、CFD解析症例数を増やし、慢性大動脈解離の大動脈拡大に関与する因子の同定を目指す予定である。
現在、慢性大動脈解離の血流解析モデルだけでなく、急性大動脈解離手術における人工心肺送血路の血流解析やnon-A non-B型大動脈解離の血流解析など、大動脈解離関連で複数の研究プロジェクトを実施している。特にnon-A non-B型大動脈解離は、ドイツUniversity Medical Center Freiburgとの国際共同研究であり、今後もこれらの研究プロジェクトを併行して行うことで、CFD血流解析の臨床応用と実用化に向けた医学工学連携を推進していく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も名古屋工業大学中村匡徳教授の研究室と共同で大動脈解離症例に対するCFD血流解析実験を実施する。患者データに関しては、自治医科大学さいたま医療センター及びUniversity Medical Center Freiburgから提供された画像データを使用する。大動脈解離症例の解剖学的特徴は多岐にわたるため、患者個別で真腔と偽腔の血流動態を明らかにして、対象領域における血行力学因子の分布図を構築する。本研究プロジェクトでは、今後は以下の3プロジェクトを中心にCFD解析を行う。
（１）慢性大動脈解離症例の大動脈拡大：急性A型解離で上行（弓部）大動脈置換術を実施する症例、急性B型解離症例、慢性B型解離症例を対象として、CFD血流解析を実施する。特に大動脈ステント治療を実施する症例に関しては、ステント治療前後の血行力学因子の分布図を同一患者で経時的に作成して、予後予測toolとしてのCFDの有用性を検証する。
（２）non-A non-B型大動脈解離症例の慢性期大動脈拡大：non-A non-B型大動脈解離症例の急性期のCT画像データを元にCFD解析をこれまで実施してきたが、本疾患群では慢性期に急速な大動脈拡大を呈する症例も認める。これらの症例のCFD解析を行ない、entry tearの位置や大きさが、慢性期大動脈拡大に及ぼす影響を血流解析の観点から明らかにする。
（３）急性大動脈解離の人工心肺送血路の血流解析；代表的な腋窩動脈や大腿動脈送血だけでなく、大動脈送血や心尖部送血の血流解析を行ない、各送血方法の有用性を調査する。
壁せん断応力が及ぼす生体変化に関しては、東京都立大学坂元尚哉准教授の研究室と共同で、大動脈血管平滑筋細胞及び血管内皮細胞を使用したせん断応力負荷のin vitro実験モデルも使用して今後解析予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）2020年度は、大動脈解離症例に対するCFD解析システムの構築のための設備環境を行ない、解析に必要なサーバー用メモリの増設や解析ソフトウエアのupdateを行なった。共同研究機関である名古屋工業大学・日本大学・首都大学東京では、それぞれ共同研究活動費として、分担金を使用した。2020年度は、大動脈組織や血液検体を用いた解析実験は実施しなかったため、次年度使用額が発生した。
（使用計画）今後も共同研究チームで、大動脈解離に起因する胸部／腹部大動脈拡大症例におけるCFD解析を行う。解析作業に必要な血流解析ソフトウエア・パソコンの新規購入を検討している他、大動脈組織検体や血液検体を使用した実験（遺伝子解析・フローサイトメトリーなど）の実施を検討している。論文作成に際しての、英文校正費用も研究費から捻出する予定である。また、大動脈血管平滑筋細胞及び血管内皮細胞を使用したせん断応力負荷実験モデルの確立、および同実験モデルを使用したin vitro実験の経費として一部研究費を使用する予定である。
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