高過剰圧波による高次脳機能損傷:ブレーンマシーンインターフェースによる機能回復

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22689039
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中川 敦寛 東北大学, 病院, 助教 (10447162)
• キーワード: 衝撃波工学 / レーザー工学 / 高エネルギー外傷 / 対側損傷 / 頭部外傷モデル / blast wave injury / アジ化銀 / 高速度撮影

研究概要

本研究の目的は、第一にblast wave (BW)脳損傷モデルにおいて高次脳機能に関するプロファイルを行動科学的、電気生理学的、細胞生物学的に明らかにすることである。本年度はまず、その前段階として、任意の衝撃波を照射後の頭蓋内伝播に関する工学的検討を行った。生体を模擬した多層媒体モデル(ゼラチン(脳)、水(髄液)、アクリル(頭蓋骨)、空気)の伝播動態を衝撃解析ソフトウエアANSYS AUTODYNによる数値解析を行った。微小爆薬起爆後、波はゼラチン中を伝播し、減衰しながら水界面に到着、ゼラチン-水間では音響インピーダンスは差が少ないため、界面で反射はなく透過した。その後、アクリルへ到達し圧縮波として一部反射、透過して、透過した波は空気界面に到達し膨張波として反射、アクリル-水間で膨張波が一部透過、一部は圧縮波として反射して、透過した膨張波が水、ゼラチン中を伝播して、負圧領域を拡大した。水-アクリル間で反射した波は、逆転して圧縮波となり、アクリル内で減衰しながらアクリル-空気、アクリル-水の各界面で膨張、圧縮と反転を繰り返した。水、ゼラチン内の負圧領域は、気泡が発生するのに十分な負圧になっていた。水-アクリル界面における反射波による最大圧力は、アジ化銀の質量が大きい程最大圧力が高く、反射面(水-アクリル界面)に近い程最大圧力が高かった。媒体が複雑化に伴い、水-アクリル界面での反射波到達直後に膨張波が到達することでこの部分での圧力変動は激しくなり、この領域の与える負荷が大きいことが予想され、動物実験とモデル実験での可視化結果に合致する所見であった。電気生理学的変化の検討は特殊なシールドを製作し、内部でBW照射後の脳波測定を開始し、知見の蓄積を行っている。今年度の検討の結果を受けて最終年当初に高次脳機能障害を起こし得る部位を確定し、行動解析に移る予定である。

研究成果

• [雑誌論文] 日本生体医工学学会各賞受賞「荻野賞」細血管温存下に組織破砕・切開可能な内視鏡デバイス:レーザージェットメスの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛、中野徹、山本裕朗、松永忠雄、孫明宇、新家光雄
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: 48 ページ: 626-627
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanisms of primary blast-induced traumatic brain injury : Insights from shock wave research. (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A, Manley GT, Gean AD, Armonda R, Ohtani K, Yamamoto H, Takayama K, Tominaga T.
  • 雑誌名: Journal of Neurotrauma 巻: (Epub ahead of print Feb 20, 2011)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed laser-induced liquid jet : evolution from shock/bubble interaction to neurosurgical application. (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A, Kumabe T, Ogawa Y, Hirano T, Nakano T, Watanabe M, Yamamoto H, Ohtani K, Satomi S, Takayama K, Tominaga T.
  • 雑誌名: Shock Waves 巻: (未定 in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed laser-induced liquid jet for tumor removal with vascular preservation through the transsphenoidal approach. (2011)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Y, Nakagawa A, Takayama K, Tominaga T.
  • 雑誌名: Acta Neurochirrugica (Wien) 巻: 153 ページ: 823-830
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of an actuator-driven pulsed water jet generator to dissecting soft tissue. (2011)
  • 著者名/発表者名: Seto T, Yamamoto H, Takayama K, Nakagawa A, Tominaga T.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: (未定 in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] レーザー医学この人 中川敦寛 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛
  • 雑誌名: 日本レーザー医学会誌 巻: (未定 in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental application of pulsed laser-induced liquid jet (LILJ) technology for esophagogastrointestinal endoscopic treatment. (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakano T, Yamada M, Nakagawa A, Yamamoto H, Nakai M, Miyata G, Miyazaki S, Sato A, Takayama K, Tominaga T, Satomi S.
  • 雑誌名: Proceedings of BMPE 巻: (未定 in press)
• [雑誌論文] reliminary experiment for neuroendoscopic application of pulsed Ho : YAG laser-induced liquid jet. (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A, Nakano T, Ogawa Y, Yamamoto H, Sato C, Yamada M, Nakai M, Sun M, Miyata G, Niinomi M, Takayama K, Satomi S, Tominaga T.
  • 雑誌名: Proceedings of BMPE 巻: (未定 in press)
• [雑誌論文] 頭部外傷における二次侵襲:転帰に関する検討とquality assurance (2011)
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛、刈部博、古谷桂子、鷲尾利克、荒船龍彦、久志本成樹、冨永悌二
  • 雑誌名: Neuroemergency 巻: (未定 in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 平成22年度日本生体医工学学会荻野賞受傷報告 細血管温存下に組織切開・切開可能な内視鏡デバイス:レーザージェットメスの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛、中野徹、山本裕朗、松永忠雄、孫明宇、新家光雄
  • 雑誌名: 東北医学会雑誌 巻: (未定 in press)
• [雑誌論文] blast-induced traumatic brain injury (bTBI) : multidisciplinary teamによる病態解明から機器開発まで (2010)
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛、荒船龍彦、大谷清伸、山本裕朗、松永忠雄、鷲尾利克、塚本哲、中野徹、仲井正昭、合田圭介、小川欣一、孫明宇、隈部俊宏、芳賀洋一、Bahram Jalali、牛田多加志、高山和喜、西野精治、新家光雄、佐久間一郎、冨永悌二
  • 雑誌名: 神経外傷 巻: 33 ページ: 60-67
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuromonitoring and neurocritical care for severe TBI : current update. (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A, Manley G, Tominaga T.
  • 雑誌名: No Shinkei Geka 巻: 38 ページ: 1081-1095
  • 査読あり
• [雑誌論文] blast-induced traumatic brain injury(bTBI)と外傷性脳損傷のトランスレーショナルリサーチ
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛、冨永悌二
  • 雑誌名: 脳外誌 巻: (未定 in press)
  • 査読あり
• [図書] Alex Valadka著 Evidence for Neurosurgery TFM Publishing Ltd., Upper House, Shropshire, United Kingdom (2011)
  • 著者名/発表者名: Saigal R, Nakagawa A, Manley GT.
  • 出版者: Role of decompressive surgery (hemicraniectomy or temporal lobectomy) in trauma. Evidence (in press)