原口 亮

心臓の拍動(心拍)は,洞結節から発生する電気的な興奮によって制御されている.心拍が不規則になる不整脈の一種である心房細動は,細動によって血液が心房内で停滞して生じる血栓が脳梗塞や肺塞栓の原因となる.心房細動の治療では,心房と心室を電気的につなぐ房室結節に薬物を作用させることで,興奮の伝導を調節し,心拍を制御している.しかしながら,その制御メカニズムの詳細は不明である.本研究ではコンピュータシミュレーションにより制御メカニズムを検討した.二種類のイオンチャネルに作用する薬物に対する,房室結節の興奮伝導の変化を再現した結果,イオンチャネルの役割による興奮伝導の調節メカニズムは異なることがわかった.

本研究では血管モデルと心腔(心房・心室)モデルを用いて先天性心疾患の三次元モデルをコンピュータ上で構築し、医療スタッフ間で病態情報を共有するためのシステムの開発を目的とする。本稿では中隔欠損を有する病態モデルを構築するために、三次元モデルを横断する操作平面を用いた中隔欠損の編集インタフェースを提案する二次元の操作平面を用いることにより、左室内腔と右室内腔をつなげるなどの三次元モデル内部を編集することが容易となった。提案するインタフェースの詳細と中隔欠損を有した三次元モデル構築結果を報告する。

国立循環器病研究センターでは、ホルマリン固定後の病理解剖検体のほとんどを創立以来、保存し続けている。これらの病理標本を病理診断終了後も正しい形で長く保存するために、様々な形でライブラリ化及び分類することで、現在経時的に保管されている検体を目的にあった形で自由に観察できるようになり、病理標本が後世の医師・医療従事者への貴重な教育資料として貢献できることとなる。本研究では、肺高血圧症例の組織標本デジタル画像から、血管走行を3次元構築・可視化した結果を用いて、血管モデルのラピッドプロトタイピングを行ったのでこれを報告する。

ベクトルシェーマシステムは,先天性心疾患の患者説明を行う医師を支援するシステムとして開発を行ってきた.本システムは,ベクトル型データとして作成された電子的シェーマに,形態的異常や病名などのキーワードを持たせ,素早くシェーマを見つけ出す機能や,心臓を部位別に分け,それぞれに対して典型的なパーツを用意して,それらを組み合わせてシェーマを作成する機能を持つ.これらによって医師は高品質なシェーマを手軽に作成することができ,患者説明を支援することができる.本研究では,それぞれの知識やイメージ差を小さくする仕組みとしてベクトルシェーマシステムを位置付け,専門医が短時間でより効率の良い意思伝達を行うことのできる,医療従事者間のコミュニケーションツールとしての考察を行う.

我々は,一心拍周期分の心臓形状の空間的・時間的変化を捉えたMR画像から,心臓形状の経時的変化を可視化および心室細動などの興奮伝播シミュレーションに必要なボリュームデータの再構築が可能なシステムの開発を行っている.しかし,これまでに開発したシステムでは,心臓形状の抽出を手動で行っていたため,作業に長時間を要するという問題があった.本研究ではこの問題を解決するために,手動で抽出した心臓境界を示す点列間の自動補間機能を追加した.改良したシステムを用いることにより,従来よりも簡便に心臓形状を構築することが可能となった.

本研究は,医師・医学生を想定ユーザとし,診療における的確なアプローチの支援・医学教育の効率化を図ることを目的として, Web上に蓄積されている知識や医療画像を横断的かつシームレスに検索・閲覧を可能とするサービスの構築を目指している.画像診断および病理診断は医療において必要不可欠であることから,臨床的に価値のある診療画像をデータベース化し,日常診療に活用しようとするプロジェクトが実施されている.そこで,コンテンツを横断的に検索・閲覧でき,Web上で利用可能なサービス(翻訳・画像検索・Wikipedia・PubMed)をマッシュアップ手法により組み合わせたアプリケーションを試作した.本アプリケーションは,一つのキーワードから横断的な検索を行うことができ,得られた結果をもとに,画像情報や形態素解析によって得られた単語をクエリとして次の検索を行うことができる.本アプリケーションを医療従事者に説明し,主観的な評価を行った.本アプリケーションによって,Webに蓄積された知識と画像とが連携し,複合的に情報を得ることのできるサービスを提供することが可能となり,診療における的確なアプローチの支援・医学教育の効率化を図ることができると考える.

現在,新生児の先天性心疾患の診断において,心エコーが第一選択となっている.しかし,先天性心疾患の病態は複雑であり,診断・治療に関わる医療スタッフ全員が心エコー画像から病態を把握し共通認識を得ることは極めて困難である.本研究では,専門医が心エコー画像を参照しながら予め用意した三次元心血管モデルをインタラクティブに編集することで病態を表現するシステムの開発を目的とする.先天性心疾患の複雑な心血管構造をモデリングする上で必要となる,心血管の形状・太さ・トポロジーの編集を容易に行える手法及びインタフェースを提案する.本発表では,提案手法の詳細と実症例を用いた心血管モデリング結果を報告する.

心臓の力学的特性を考える上で,全身に血液を駆出している左心室壁の運動を解析することは重要である.心臓の拍動における複雑な収縮拡張運動は生体力学的に非常に興味深く,さまざまな手法で解析がなされている.形状抽出と同時に速度の計測をおこなうことができる撮像法であるMR位相コントラスト法(以下MR-PC法)は,撮影断面上の三次元速度場を強度画像と同じ分解能で得ることができるため,これを用いれば左心室壁に生じるひずみ解析が可能であると考えられる.速度情報からひずみ解析を行うにあたり,点群の形状を対応づけ変形勾配テンソルを求める幾何制約に基づく新しい変形手法を提案する.この手法は計算負荷が低く,変形に対するロバスト性が高い特徴を持っているため,医用画像から抽出したデータから,複雑な心臓の動きを表現できる可能性がある.本研究では位相画像から抽出された左心室壁領域において幾何制約を用いて変形を表現し,二次元ひずみ解析を行うことで,MR-PC画像からのひずみ解析の可能性を示した.

本研究では医師の説明にあたり、患者の理解を深めるべく、アニメーションなどを用いたインフォームドコンセント支援システムの構築に着手し、その一環として先天性心疾患の手術過程の理解のためのコンピュータグラフィクス技法(CG)を用いた効果的表現法について検討した。先天性心疾患の手術を患者が理解するのは容易ではなく、また立体的な把握が必要である外科手術の過程を2次元(2D)のイラストで正確に理解することは困難である。本研究では、先天性心疾患の外科手術において、特に心臓の立体的な把握が必要な修正大血管転位症のSenning手術(心房内血流転換術)を対象とし、3Dモデルを用いた手術過程の効果的表現法を検討した。患者説明用ツールとしてのみならず、医療従事者の教育ツールとしても役立つように、3DのCGを用いたアニメーションを利用して、直感的に術式の理解が容易になるシステムを試作した。また試作したシステムが有用かどうかを医師、看護師、学生を対象としたアンケートを実施し、評価を行った。

電子カルテに限らず、医療情報の有効活用のための重要な研究課題として、ヒューマンインタフェースがある。我々の研究グループによる、下記に示す一連の研究について主に紹介する。1)紙カルテの自由記載をシステム化したペン入力インタフェース。2)心臓カテーテル検査におけるグラフィカルな所見入力を可能にするインタフェース。3)先天性心疾患のためのベクトルシェーマ作成インタフェース。4)CGによる先天性心疾患のSenning手術のための説明システム。文字情報を主体とする従来の電子カルテのインタフェースに対し、いずれも視覚情報を有効活用するための提案である。よりわかりやすい電子カルテの実現を目指している。

心臓の収縮拡張運動において、心臓のねじれ運動は重要な意味を持つと考えられ、様々な解析が行われている。本研究では心臓の捻転運動の詳細を明らかにするため、MR Phase-Contrast法(以下MR-PC法)で計測された速度画像の画像解析を行った。まず、心臓の同一断面に対して3回計測し、計測画像の位置合せによって、心室断面内における3次元速度場を取得した。得られた3次元速度場から、断面内・断面間のねじれ角とねじれ率の時間変化と、各直方体領域でのひずみの時間変化を解析した。本研究の解析結果から、心臓のねじれ運動では、収縮初期と拡張初期に心尖部と心基部との断面間のねじれが大きく、収縮末期には心内膜側と心外膜側の断面内のねじれが大きいことが示された。

先天性心疾患の一つとして,修正大血管転位症がある.医療の分野では,外科手術過程の理解,疾患の記録やカルテなどのために2次元のスケッチが用いられている.2次元のスケッチを用いることで,対象の概要や概念を理解することができる.しかし,3次元の情報を多く含んだ実際の手術過程を2次元のスケッチで正確に理解することは困難である.本研究では,Senning外科手術の過程を説明するために有効なインタラクティブシステムの試作を行った.複数の3次元形状モデルを同時に表示する,血流の向きや縫合線などの付加的情報を表示する,といった機能を実装したアプリケーションを試作し,有効性を確認した.

巨視的なT wave alternans(TWA)は致死性の心室性不整脈の予兆として知られる.一方で,最近,微視的なmicrovolt T wave altemans(MTWA)が心臓突然死につながる心室性不整脈の非侵襲的予知指標として注目されるようになった.TWAの成因としては活動電位持続時間(APD)の回復曲線にもとつくalternansや,不均質性にもとづく興奮波の分裂や回り込みが考えられているが,MTWAの成因については明らかでない.本研究では,コンピュータシミュレーションによりTWAとMTWAを再現し,MTWAの成因とそれが反映する不整脈発生基質について検討した.ヒト心室筋活動電位モデルで1-2次元の正常心筋モデルと,種々のイオンチャネルやgap結合のパラメータを変化させた異常心筋モデルを構成し,計算で描いた心電図からTWAとMTWAを検出した.正常心筋モデルでTWAは再現されたが,MTWAは陽性基準を満たさなかった.異常心筋モデルではMTWAが陽性となる例が存在したが,異常の種類によって,APD回復曲線の急峻化を伴うもの,APD回復曲線の平坦化を伴うもの,興奮伝播異常を伴うものの3つに分類された.MTWA陽性例では,心電図上のみならず膜電位やCa transientの分布マップ上でも,変化が目視では認識できなかった.MTWAは心室性不整脈の発生基質となりうる心筋異常を反映するが,TWAとは種々の点で異なった性質を有しており,MTWAはTWAの延長線上にあるものではないことが推察される.

冠動脈シェーマに基づいて、心臓カテーテル検査の効果的所見入力を可能にする電子カルテ・インターフェースの開発を行った。今回は従来のビットマップ形式ではなく、ベクトル形式のシェーマについて検討した。作成したシェーマはscalable vector graphics形式で記述されており、ドロー系のアプリケーション・ソフトウェアを用いて用手的にオリジナルデータから書き写した。このソフトを用いることで各シェーマを容易に編集することができ、患者への説明ツールとして有効な心臓の解剖学的形態や血流の向き、動脈血/静脈血の区分などをスケッチ的に入力できるようになった。

心室壁運動解析において心臓の収縮伸展の可視化は非常に重要である.MR Phase-contrast法(以下MR-PC法)は任意方向速度を直接取得できる利点があるが,計測された速度は心筋線維の収縮伸展の他に心臓全体の変形や胸腔内での移動などが重畳したものと考えられ,心筋の収縮伸展のみを表現することは難しい.本研究ではMR-PC法で計測した速度情報を処理し,心室壁の収縮伸展速度分布の可視化を試みた.短軸断面像の注目点の収縮伸展速度を近傍点の速度差から求め,心筋上の全ての点で計算することで収縮伸展速度分布を可視化した.さらに数値モデルを作成し,計測データと比較することで心室の長軸周りでのねじれを伴う運動の可能性を示した.

心臓カテーテル検査および治療においては, その所見や治療計画等をシェーマを活用しながらカルテに記載することが有効である. 従来, 紙の上で行われているこのようなカルテ記載をコンピュータ上でおこなうための直感的なインタフェースとして, 冠動脈造影所見の記載およびカテーテル治療計画を支援し簡便に操作できるシステムを開発した. 本システムでは, 狭窄や血管・バイパスなどを自由に描き加えることができ, さらにバイパス手術後の血流回復などコンピュータならではの視覚化が可能である. 電子カルテとしての利用のほか, 患者への治療計画の効果的な説明ツールとしての応用も考えられる.

本研究では冠動脈造影像よりイメージモザイクを行い, 全体を一覧できる診断補助画像を作成する手法を提案する.冠動脈造影映画法においては, 造影剤注入後に造影血管部分が視野に収まるように医師が患者台を動かすことがある.また血管の各部位において造影の程度は刻々と変化していく.そこで我々は, これらの影響を低減し観察を容易にする診断補助画像の作成手法を提案する.まず冠動脈像の時空間投影像および断面像を用いて, 位置合わせと心周期の粗推定を行う.次に各時刻における画像同士で時空間にわたり詳細な位置合わせを行う.得られた結果を元にイメージモザイクを行い, 目的の診断補助画像を得た.得られた結果画像により視野動きや造影剤の流れの影響が低減され, 冠動脈全体を違和感なく観察することができた.

本研究では、冠動脈像と心筋SPECT画像を重ね合わせるための手法と自動化について述べる。これにより心筋の機能的変化と冠動脈の形態的変化との関連の把握が容易になると考えられる。はじめに心筋SPECT画像より左心室のおおまかな形状推定を行う。生成した左室モデルを冠動脈像上に投影して位置合わせを行い、心筋モデル表面と冠動脈像との対応付けを行うことで、ブルズアイ表示心筋SPECT画像上に冠動脈像を重ね合わせて表示することができる。本手法では従来の冠動脈3次元再構成を省略することができ、また評価関数を定義することで自動的に位置合わせを行うことができる。本手法を人工データと臨床データに適用した例を示す。

We present a method for visualizing a coronary arterial structure on a myocardial perfusion image(SPECT/PET)with Bull's Eye Map.We make a 3-dimensional left ventricular model from SPECT/PET, and project the model on some CAGs according to its imaging parameters.By scanning along the surface of the left ventricular model on CAG, coronary arterial image on Bull's Eye Map is created.