2014 Fiscal Year Research-status Report
動脈硬化を診断・予知するための近赤外レーザ血管血流画像情報計測技術の臨床応用
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26350523
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
八賀 正司 富山高等専門学校, 商船学科, 教授 (80123305)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺西 恒宣 富山高等専門学校, 機械システム工学科, 教授 (20141880)
安東 嗣修 富山大学, 医学薬学研究部(薬学), 准教授 (50333498)
清水 忠道 富山大学, 医学薬学研究部(医学), 教授 (70260396)
高田 洋吾 大阪市立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70295682)
石田 弘樹 富山高等専門学校, 専攻科, 准教授 (50413761)
秋口 俊輔 富山高等専門学校, 電子情報工学科, 准教授 (50462130)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 線計測 / 面計測 / in-vivo 計測 / 非侵襲計測 / 動脈硬化 / 血管血流情報 / ＣＦＤ解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動脈硬化などの血管疾患を主因とする心筋梗塞や，脳梗塞発症の予知・予防は重要な課題である．動脈血管情報と血流情報も非常に有用視されている．動脈硬化症の早期診断及び心筋梗塞を予知するために，独自に開発してきた近赤外レーザ光を用いた非侵襲in vivo血管血流画像装置による血管情報【狭窄，閉塞，拡張，拍動に合わせた血管径の時間変化(膨張⇔収縮)】及び血流情報【血管内の血流速度分布の2D画像及び時間変化，動脈の血流量と拍動血流の時間変化】の測定技術及び血管血流の画像情報計測技術を臨床応用へと展開するための研究基盤を確立する．
１．線計測 in-vivo μ-MLDV（micro multiple points laser Doppler velocimetry）法を改良して，新規にin-vivo 面計測μ-MLDV法を開発した． 面計測μ-MLDV手法は線計測LDV法のレーザシート光を平面で交差させた，LDV計測法であり，3次元（x-yの二次元空間と時間t）のLDV計測が可能である．
２．狭窄のある流路モデル内に脈動流を流して，CFD解析を行い，面計測μ-MLDVの実験結果と比較検討し，狭窄部のある矩形流路内脈動を対象とした解析狭窄部のある矩形流路内脈動を対象とした流れ場の情報（狭窄部の瞬時血流速度分布，粘度，脈動）の違いを調べた．血流の数値シミュレーションが局所箇所の詳細な流動状態や粘度予測に役立つ．狭窄のある流路モデル内に脈動流を流して，CFD解析を行い，面計測μ-MLDVの実験結果と比較検討した．周期は実験と精度良く一致した．速度に関しては狭窄していない部分では実験結果より十数％遅い結果となったが，突起物周辺における速度は実験結果と精度よく一致し，実験と計算の結果は全体的に概ね一致した．水とグリセリン溶液の流動状態の比較から，粘度による流動状態の違いを確認することが出来た．
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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
動脈硬化症の早期診断及び心筋梗塞を予知するために、独自に開発してきた近赤外レーザ光を用いた非侵襲in vivo血管血流画像装置による血管情報及び血流情報の測定技術及び血管血流の画像情報計測技術を臨床応用へと展開するための研究基盤を確立する。
１．in-vitro 及び in-vivo の両計測に使用できる 面計測μ-MLDV[3次元（x-yの二次元空間と時間t）のLDV計測が可能]を新たに開発した
現有の近赤外レーザを用いた非侵襲in vivo血管血流画像装置（線計測μ-MLDV）は１回の測定で２次元（x座標－ｔ時間）の速度測定が可能である。生体内の血流情報計測への応用をめざし，またマイクロ流れの新たなin-vivo計測ツールとして，時空間分解能が良く，5秒以上の時間変動計測が可能な新規な面計測マイクロMLDVシステムの開発・改良を行った結果、この新しい計測手法の有用性を明らかにした．さらに，脈動流れ場での流動特性の測定結果から，実用化のための基礎技術を確立し，本計測システムの実流動場への適用性を示すことが出来た．⇒当初の計画以上に進展している
２．in-vitro における解析 狭窄のある流路モデル内に脈動流を流して，CFD解析を行い，面計測µ-MLDVの実験結果と比較検討し，狭窄部のある矩形流路内脈動を対象とした解析 狭窄部のある矩形流路内脈動を対象とした流れ場の情報（狭窄部の瞬時血流速度分布，粘度，脈動）の違いを調べた．⇒おおむね順調
３．in-vivo 実験 健常マウスによる頸動脈・腸間膜動脈のin vivo計測によるレーザ血管血流情報の計測については来年度に持ち越すこととなった⇒遅れている
総合的に達成度を評価すると、おおむね順調に進展している
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| Strategy for Future Research Activity |
１．in-vivo実験研究：線計測μ-MLDV装置、面計測μ-MLDV装置を使って、健常マウスによる頸動脈・腸間膜のin vivo 計測によるレーザ血管血流情報の計測の実施 ２．In-vitro実験研究：狭窄のある流路モデル内に脈動流を流した計測において、作動流体をポリエチレン粒子と蒸留水、蒸留水と血液とした場合のドップラー信号のスペクトラムを比較し，本システムの流速を求める解析の手順を検討。３．数値実験研究：狭窄のある流路モデル内に脈動流を流したin-vitro計測において，蒸留水と血液とした場合のCFD解析を行い，面計測μ-MLDVの実験結果と比較検討し，狭窄部のある矩形流路内脈動を解析し、狭窄部のある矩形流路内脈動の流れ場の情報（狭窄部の瞬時血流速度分布，粘度，脈動）の違いを調べる．（１）狭窄部の有るマイクロ流路内に容積ポンプによる脈動流を供した脈動流速計測実験を行う。ポンプの回転数を変えながら脈動周波数と脈動振幅，その時間変動，流速分布を測定し，計測結果の妥当性を検証。流量又は流体の粘度を変えた流速を与えることで粘性の影響を考慮した突起物まわりの脈動流れ場を明らかにする。（２）実験で得られた流れ場の情報と数値流体力学（CFD）による3次元流動数値解析との比較を行い、数値流体力学（CFD）の流速分布とマイクロ‐MLDVの実験によって得られる流速分布に関する結果を同定することで、流体の粘度を流速計測で予測する手法を構築（３）作動流体を動物の血液とすることで赤血球をシーディングとする流速計測を行う。Cassonの式で粘度を与える血液相当流体のCFD解析手法を構築。両者で得られる知見からせん断応力と血液粘度の関係を突起物の条件（高さ、幅、形状）と関連付けて明らかにする。→血管瘤と血液の性状の観点からの溶血、動脈硬化、血管破裂メカニズムの解明への一助とする。
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| Causes of Carryover |
当初の予定では、設備備品として光ファイバーアレイを購入する予定となっていたが、研究の進捗状況により、計測データを取り込むためのＡ／Ｄボードを購入して同時測定のチャンネル数を大きくする必要が生じた
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
Ｈ２７年度の使用計画を計画通りに実施する。今年度の繰り越し分は動物実験の諸費用とin-vitro実験に必要な消耗品に使用する予定である
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