in silico study を目指した心臓電気現象の包括的シミュレータの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580843
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 中沢 一雄 国立循環器病センター研究所, 研究機器管理室, 室長 (50198058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 隆徳 杏林大学, 医学部附属病院, 講師 (80256734)
• Keywords: 致死性不整脈 / コンピュータシミュレーション / スパイラルリエントリー / Luo-Rudyモデル / バイドメインモデル

Research Abstract

患者(病態)それぞれに対応するより細密なシミュレーションを行うため、患者の心臓形状等の特徴を取り込む手法を開発する必要がある。本研究では、MRIを利用して、拍動する心臓の断層画像からSNAKESのアルゴリズムを用いて半自動的に心臓形状が再構成するシステムを開発した。SNAKESとは、画像の中からひとまとまりの閉じた輪郭線を抽出する手法である。おおまかに初期輪郭線を与え、輪郭線の持つエネルギーが最小となるように輪郭線の位置を徐々に変形させることにより最適な輪郭線を抽出する。しかしながら、短軸画像の情報だけでは心尖部の抽出は困難であり、心尖部の再構成は十分とはいえない。そこで、長軸画像も併せて撮影して、長軸画像の情報から心尖部の補正を行うようにした。よりリアリティーが高くなったと考えられるが、しかし、まだ心室全体として十分とはいえず、細かい形状的修正を簡便に行うツール開発などが課題となっている。
一方、電気的除細動メカニズムに関する研究として、Ruo-Ludy2次元バイドメイン仮想心筋モデルにおけるスパイラルリエントリー(spiral wave)のコントーロールを目指した。使用した仮想心筋では線維方向が考慮され、さらに、バイドメインモデルであるため、仮想電極現象を意識したスパイラルリエントリーのコントロールの可能性を精査することができる。結果として、仮想心筋上に配置した刺激電極により、spiral waveのshiftやcaptureについて、一定の成果が得られた。スパイラルリエントリーのコントロールに対する可能性が示されたことで、新しい電気的除細動メカニズムの発見につながることが期待される。

Research Products

• [Publications] T.Ashihara, T.Namba, M.Ito, T.Ikeda, K.Nakazawa et al.: "Spiral Wave Control by a Localized Stimulus : A Bidomain Model Study"Journal of Cardiovascular Electrophysiology. Vol.15,No.2. 226-233 (2004)
• [Publications] T.Ashihara, T.Namba, T.Ikeda, M.Ito, Kazuo Nakazawa et al.: "Mechanisms of Myocardial Capture and Temporal Excitable Gap During Spiral Wave Reentry in a Bidomain Model"Circulation. Vol.109. 920-925 (2004)
• [Publications] 中沢一雄, 原口亮: "仮想心臓による不整脈現象のシミュレーションと可視化"最新医学. 第58巻・第8号. 38-45 (2003)
• [Publications] 芦原貴司, 中沢一雄: "不整脈モデル"分子心血管病. Vol.4,No.5. 51-62 (2003)