2017 Fiscal Year Research-status Report
慢性心房細動アブレーションの新機軸提案に向けた臨床・インシリコ融合研究
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16K09431
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| Research Institution | Shiga University of Medical Science |
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Principal Investigator |
芦原 貴司 滋賀医科大学, 医学部, 講師 (80396259)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小澤 友哉 滋賀医科大学, 医学部, 助教 (20584395)
坂田 憲祐 滋賀医科大学, 医学部, 医員 (50773991)
原口 亮 兵庫県立大学, 応用情報科学研究科, 准教授 (00393215)
稲田 慎 姫路獨協大学, 医療保健学部, 准教授 (50349792)
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)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子心臓学 / 不整脈学 / 慢性心房細動 / 非発作性心房細動 / リアルタイム可視化 / リアルタイム映像化 / in silico / 人工知能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高齢社会を迎えたわが国において，脳梗塞や心不全に繋がる心房細動の治療は社会的急務である．しかし，発作性心房細動における肺静脈隔離術のように，非発作性（慢性）心房細動にはコンセンサスを得られた有効な術式がない．非発作性心房細動の治療標的を見定めるには，複雑な興奮動態のリアルタイム映像化が求められるが，これまで臨床で満足に使える心房細動映像化システムは国内外に存在しなかった．
本研究は，申請者らが最近独自に開発した世界唯一のオンライン・リアルタイム不整脈映像化システム（ExTRa Mapping）を用いることで，実臨床における非発作性心房細動を映像化し，in silicoで理論的側面からも検討を重ね，持続メカニズムの解明と，新たなアブレーション戦略の提案を目指すものである．
研究代表者らは，20年以上にわたりin silico医学研究に携わってきたが，ExTRa Mappingはそこで培った高度な科学技術計算を応用したものであり，実臨床で心房細動の興奮動態を瞬時に映像化することに世界で初めて成功した．その結果，患者毎にローター（スパイラルリエントリー）に基づく心房細動ドライバー（駆動機序）がかなり異なっていることを発見した．従来から心房細動ドライバーを反映する治療標的とされた心内電位指標が，ローター位置と相関の低いことも示した．また，ローターを標的にした非発作性心房細動アブレーションにより，従来約30％とされた洞調律維持率がExTRa Mapping導入後は79%にまで大幅に改善された．
非発作性心房細動アブレーションの治療標的を見定める上で，興奮動態を映像化することの重要性が強く示唆された．これらの研究成果は，国内外の関連学会で一般講演のみならず招待講演として数多く報告し，論文誌上にも発表した．また，ExTRa Mappingにかかる第１回の専門研究会も開催した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究代表者の芦原らが開発したオンライン・リアルタイム不整脈映像化システム（ExTRa Mapping）は，心房内に挿入した直径2.5 cmの渦巻き型20極カテーテルで記録した41双極シグナルに基づき，足りない心臓電気生理学的情報と時空間情報をin silicoと特化型人工知能（AI）で補完して，心房細動をリアルタイムに映像化するシステムである．
平成28年度（初年度）は，研究分担者らの協力のもと興奮動態の自動判別アルゴリズムを組み入れ，さらにシグナル検出効率，マッピング精度，ユーザビリティ等の向上に努めた．ソフトウェアは，本学に組み上げたクラスタ型高性能ワークステーション（本科研費で維持）においてC言語で開発した．当院の非発作性心房細動アブレーション患者にExTRa Mappingを適用して臨床データを集積し，心房細動ドライバーが定在ローター（中心位置が移動しない興奮旋回）ではなく，さまよい運動をする複数のローターで構成された非受動的興奮領域であることを突き止めた．
平成29年度（本年度）も当初の予定通り，ExTRa Mappingの改良を継続し，検出すべき心内電位の波高が小さすぎたり，除去すべきノイズが混入したりする場合にも対応できるように，映像化アルゴリズムの見直しを行った．また，前年度に引き続き，ExTRa Mappingによる臨床データを集積し，心房細動ドライバーにかかる患者間の違いや，治療標的となる心内電位指標に関する過去研究との違いについても検討した．さらに，ローターを標的にしたアブレーションにより，従来約30%であった洞調律維持率が79%にまで改善された．
これらの研究成果は，平成29年度だけでも国内外の関連学会で一般講演のみならず数多くの招待講演でも報告し，論文誌上にも発表した．また，ExTRa Mappingにかかる第１回の専門研究会も開催した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度も，当初の計画通り，前年度に引き続き，これまでに開発したExTRa Mappingの改良を継続する．心内心電図における双極シグナル検出にかかる処理速度のさらなる高速化と，遠方シグナルの効率的な除去アルゴリズムに関する見直し等を予定している．
また，前年度に引き続き，ExTRa Mappingによる臨床データを集積するとともに，非発作性心房細動の興奮動態を分析し，心房細動ドライバー（ローター）の修飾と再発抑制について，機構的な観点から考察を重ねる．本結果を，ヒト非発作性心房細動の数学モデルを用いたin silicoと絡めることで，将来的にはオーダーメイドの心房細動治療に繋がる重要な知見が得られると考えている．さらに，本学附属病院における非発作性心房細動アブレーションの非再発率と予後を，より長期にわたってフォローすることで，ExTRa Mappingで判明した心房細動ドライバーを治療標的とすることの臨床的意義を明らかにする．
平成30年度は本申請期間の最終年度になるが，本研究はそれで完結するものとは考えていない．今後，将来にわたって，さらに発展の余地を残し，新たな治療戦略発見の可能性を秘めたものと考えている．今後もさらなる臨床データ集積を行うとともに，新たなアブレーション術式に繋がる知見を示すことを積み重ね，多施設による無作為化臨床試験への発展の可能性を見据えるための最終年度としたい．
本研究によって，これまで根治率が約30％とされた非発作性心房細動アブレーションの成績を少しでも向上できるのならば，わが国だけでも約50万人と高い有病率を示す非発作性心房細動の治療のあり方を，大きなインパクトをもって変革できると確信している．
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| Causes of Carryover |
平成29年度において，一般枠での発表を予定していた学会等のなかに，招待講演となったものがあり，出費を見込んでいた参加費等が免除または減額となったものがあったため．また，購入を予定していた物品のなかに，近々バージョンアップが予定されているものがあることが判明し，次年度での購入が望ましいと考えられたため．それらの繰越金は，最終年度となる次年度において，適切かつ計画的に使用する予定である．
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