医工・産学連携研究による、虚血性心疾患に対する血行力学的新規アプローチ

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K09120
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 大竹 寛雅 神戸大学, 医学部附属病院, 助教 (60593803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新家 俊郎 神戸大学, 医学部附属病院, 准教授 (60379419)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: Shear stress / thin cap fibroatheroma / computed tomography / OCT

Outline of Annual Research Achievements

a)TPF plaque study：冠動脈CTで冠動脈疾患が疑われ、ステント治療を受ける予定の30例の登録が終了。まず、中等度窄病変（非責任病変）に、OCTを施行しCTの計測値との整合性が非常に高いことをACC 2016でposter発表を行った。また、OCTをgold standardとして算出されたAPS（剪断力）, wall shear stress (WSS)がCTから求めたそれらの値と一致率が非常に高いことも同学会で報告した。これらの検討は後に行うCTで計測した流体力学的因子とプラーク性状の関連をみるうえで、その基礎となりうる重要な検討である。その後、25病変に対しOCTで分割したsubsegmentとCT画像のfusionをCharles Taylor氏と協力し終了。それぞれのsegmentにおけるTCFAやプラークの性状にWSSのみならず APSが強く関連していることをACC2016でPoster報告した。
b) TPF stent study: すでに登録された30症例に対し、8 カ月後にOCT を施行。うち、24例に対しOCT, CTのfusionが終わりstent内のsimulationが完了している。従来第一世代薬剤溶出性ステント留置後の血管修復とWSSの関連が一部示唆される報告があるが、第2世代の薬剤溶出性ステントにおいては、WSSのみならず、WSSのばらつきが関与している可能性があり現在精査中である。
c) CFDソフト開発:　 林公祐PhD（神戸大学工学部准教授）らの協力によりプラークを有する複雑な冠動脈形状に適用できかつ高速計算が可能な格子ボルツマン法に基づく流体計算ソフトウエアをフリーの開発環境で独自に開発する。現在preliminaryに選定した2例についてOsirixを用いて血管形状を抽出する作業を行っている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

a)TPF plaque study：本検討においては、予定していた症例の登録が比較的順調に進み、その後の解析に移行できている。特にOCT画像を8つのsubsegmentに分割し、CTから求めた血行力学的因子をマッチングさせる過程が技術的に障壁になりうると感じていたが、それに関してもCharles Taylor氏のアドバイスの元、順調に進んでいる。結果preliminaryな結果についてACC16で4演題の学会発表を行うに至っている。
b) TPF stent study: stent内のsimulationはプラーク部分のそれと比して技術的に困難であり、その分、モデルの構築、simulationの施行に時間を要している。しかし30例の登録症例のうち　留置後25例、フォロー時19例のsimulationが終了しており当初の予定通りおおむね順調に進んでいるといえる。またACC16ではMarquet大学のJohn La Disa Phdと会議を行い現状の確認と今後の方向性について討議した。
c) CFDソフト開発:　本試みに関しては現状ランダムに選定した症例を用いてpreliminary versionの開発を開始したところである。石灰化症例における正確な内腔の同定を行うことを目標に現在改良を重ねているところである。予定では上記a),b)の解析結果により見いだされたいくつかの重要な結構力学的因子にフォーカスしソフト解析を行うことになっており、予定通りの進行状況であると言える。

Strategy for Future Research Activity

a)TPF plaque study：まずはACCで発表したCTとOCTの計測結果の一致率に関する論文化を進める。同時に残存症例に関するOCTとCTのマッチングを進め、plaqueの性状と血行力学的因子の関連に関する検討を進める。現在のところ、CTから推測される血行力学的因子とOCT上のTCFAなどの所見との関連を検討しているが、今後は8-12か月後のOCTも撮像し、プラークの質、量的変化にも注目し、結構力学的因子との関連を検討する予定である。
b) TPF stent study:登録症例のうち、留置後５例、フォロー時11例のsimulationを年内に終わり、来年度には学会発表、論文化を進める予定である。WSSのみならず、WSSのばらつきが関与している可能性について、ステントのタイプや病変背景との関連などを含め、さらに検討を進める予定である。またH29年度にはstent血栓症に関連すると考えられている非被覆ストラットやmalapposed strutに関与する血行力学的因子に関しても検討を進める予定である。
c) CFDソフト開発:　上記a,bでkey playerとなる血行力学的因子のおおよその当たりをつけそれらにフォーカスしたソフト開発に当たる予定である。

Causes of Carryover

人件費として計上した200,000円を支払う予定がずれ込みんでいる。また血清保存やサイトカインなどの消耗品に関する出費も本年度は不要であったため繰り越しが生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

人件費として計上した200,000円に関しては次年度に繰り越し、支払う予定。また、データ保存用に購入予定のHard discは次年度購入予定。血清保存やElisa、その他消耗品に関しても必要に応じて次年度以降に使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Computational replication of the patient-specific stenting procedure for coronary artery bifurcations: From OCT and CT imaging to structural and hemodynamics analyses. (2015)
  • Author(s): Chiastra C, Wu W, Dickerhoff B, Aleiou A, Dubini G, Otake H, Migliavacca F LaDisa JF Jr
  • Journal Title: J Biotech. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.jbiomech.2015.11.024.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coronary Artery Axial Plaque Stress and its Relationship With Lesion Geometry: Application of Computational Fluid Dynamics to Coronary CT Angiography. (2015)
  • Author(s): Choi G, Lee JM, Kim HJ, Park JB, Sankaran S, Otake H, Doh JH, Nam CW, Shin ES, Taylor CA, Koo BK.
  • Journal Title: journal of american college of cardiology cardiovascular imaging Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.jcmg.2015.04.024.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Impact of precision of lumen boundary extracted from coronary CT on FFRCT: validation with OCT (2016)
  • Author(s): Takayoshi Toba, Gilwoo Choi, Kenzo Uzu, Hyun Jin Kim, Arjun Roy, Tran Nguyen, Michiel Schaap, Leo Grady, Shumpei Mori, Tomofumi Takaya, Toshiro Shinke, Bon-Kwon Koo, Charles Taylor, Hiromasa Otake
  • Organizer: American college of cardiology 2016
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2016-04-02 – 2016-04-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of local hemodynamic forces acting on plaque may help predict plaque vulnerability; Lessons from combined analysis of optical coherence tomography and computational fluid dynamics simulation (2016)
  • Author(s): Kenzo Uzu, Gilwoo Choi,, Hyun Jin Kim, Arjun Roy, Tran Nguyen, Michiel Schaap, Leo Grady, Takayoshi Toba, Shumpei Mori, Tomofumi Takaya, Toshiro Shinke, Bon-Kwon Koo, Charles Taylor, Hiromasa Otake
  • Organizer: American college of cardiology 2016
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2016-04-02 – 2016-04-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impact of Wall Shear Stress and Axial Plaque Stress on Coronary Plaque Initiation and Progression (2016)
  • Author(s): Takayoshi Toba, Gilwoo Choi, Hyun Jin Kim, Arjun Roy, Tran Nguyen, Michiel Schaap, Leo Grady, Kenzo Uzu, Shumpei Mori, Tomofumi Takaya, Toshiro Shinke, Bon-Kwon Koo, Charles Taylor, Hiromasa Otake
  • Organizer: American college of cardiology 2016
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2016-04-02 – 2016-04-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Correlation of Wall Shear Stress and Axial Plaque Stress between models derived from CT and OCT data (2016)
  • Author(s): Gilwoo Choi, Kenzo Uzu, Takayoshi Toba, Hyun Jin Kim, Arjun Roy, Tran Nguyen, Bon-Kwon Koo, Leo Grady, Charles Taylor, Hiromasa Otake
  • Organizer: American college of cardiology 2016
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2016-04-02 – 2016-04-04
  • Int'l Joint Research