博 士 論 文 概 要
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(2) 大 血 管 疾 患 は 生 命 に 関 わ る 重 篤 な 疾 患 で あ る ．胸 部 大 動 脈 疾 患 の 診 断 が X 線 胸 部撮影のみで行われていた際は疾患が認められない場合があったが，超音波診断 装置の開発など診断技術の発展に伴い，胸部大動脈疾患は増加傾向にある． 胸部大血管の外科的な再建に用いられる人工血管は血管の代用品であるため， 生体の血管と同じ形状のものを使用するのが一般的である．大動脈弓部には 3 本 の分岐 があ るた め ，医師 は手 術中 に 太い直 管と 細い 3 本の直 管の 人工 血 管を術 野 で縫合し，大動脈弓部状にして患者に使用していた．その後，企業で開発が進め ら れ ，1 9 9 6 年 に 大 動 脈 弓 部 と 同 じ 形 状 の 4 分 岐 管 が 薬 事 承 認 さ れ た ． 4 分 岐 管 は 大動脈弓部に置換する形で使用される．手術の手技上，大動脈に鉗子をかける必 要があるが，鉗子をかけた際に石灰化病変が飛び散り，末梢で梗塞が生じる場合 がある．そこで，鉗子をかけずに治療ができ，かつ開心術を伴わなくても済む胸 部大血管ステントグラフト術が行われるようになった．胸部用ステントグラフト は 2008 年 に 本 邦 で 保 険 適 用 さ れ て い る ． 大 動 脈 弓 部 に ス テ ン ト を 留 置 す る と ， ステントにより弓部 3 分岐に血流が届かなくなる危険性がある．そこで，上行大 動脈から 1 本分岐を設け腕頭動脈につなぎ，その分岐管から左総頸動脈，左鎖骨 下動脈へと血流を届ける 3 分岐管が開発された．4 分岐管と 3 分岐管の大きな違 いは，体内に移植した後の血管形状である．4 分岐管は，3 本の人工血管の分岐 を弓部 3 分岐の腕頭動脈，左総頸動脈，左鎖骨下動脈にそれぞれつなげるので解 剖学的に適合するが，3 分岐管は太い 1 本の人工血管（主管）から 2 箇所に分岐 （側管）があり，主管を上行大動脈と腕頭動脈につなぎ，側管をそれぞれ左総頸 動脈，左鎖骨下動脈につなげるため解剖学的に異なる． 4 分岐管での臨床試験の評価項目は，出血，血栓，血栓症，人工血管の感染， 動脈瘤および仮性動脈瘤の発生率などであった．また，非臨床試験としては，耐 久性や生体適合性などの試験が行われている．3 分岐管はこれまでに認可されて いる材料を用い，これまでに認可された直径の範囲内で構成されていることもあ り ，2 0 1 0 年 に 一 部 変 更 に て 薬 事 承 認 を 得 て い る ．一 部 変 更 の た め 国 内 で の 治 験 は 行 わ れ て い な い ．分 岐 部 の 縫 合 の 強 度 な ど の 面 か ら 審 査 さ れ ，認 可 に 至 っ て い る ． しかし，分岐から頭部および上肢に流れる血流配分については 4 分岐管および 3 分岐管のどちらにおいてもほとんど検討されていない． そこで，本研究では，人工血管の血流配分特性の評価手法を開発することを目 的とした．研究対象は，既存品の 4 分岐管と一部変更にて薬事承認を得た 3 分岐 管 と し た ． 今 後 ，新 し い デ ザ イ ン の 人 工 血 管 が 開 発 さ れ た 際 に も 活 用 で き る 評 価 法を構築することを念頭に置いて評価手法を検討した．ヒトに適用する人工血管 のサイズで評価できることが必須であり，大動物でも大動脈の形状がヒトとは異 な る こ と か ら ， 数 値 流 体 力 学 （ Computational Fluid Dynamics: CFD ） を 用 い て 評価法を構築することを選択した．弓部大動脈の血流配分値を取得するために PC-MRI に よ り 生 体 の 大 動 脈 の 血 流 計 測 を 行 い ， 下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 を 基 に 解 1.
(3) 析条件を決定した．生体の血管形状は個体差が大きいため，人工血管の形状を簡 易 化 し た 基 礎 モ デ ル を 作 成 し た ．基 礎 モ デ ル に お い て P C - M R I と 一 致 す る 血 流 配 分 が 求 ま り ， CFD に よ る 血 流 配 分 特 性 評 価 法 が 開 発 で き た ． 本論文は，第 1 章から第 6 章で構成される． 第 1 章では，胸部大血管手術の現状と人工血管の現状について述べた．4 分岐 管と 3 分岐管の文献調査を行った結果，3 分岐管への血流量がほとんど理解され ていないことがわかった．そこで，血流配分の観点から安全性と有効性を検証す る た め ，人 工 血 管 の 血 流 配 分 特 性 の 評 価 法 を 開 発 す る こ と を 本 研 究 の 目 的 と し た ． 第 2 章 で は ， 人 工 血 管 の 血 流 配 分 特 性 の 評 価 に 活 用 す る CFD の 位 置 づ け に つ い て ま と め た ． CFD 解 析 は ， 一 般 的 に ，対 象 に 応 じ て 境 界 条 件 が 変 わ る の で ，境 界条件を決定しないと血流配分は求められない．境界条件を決定するためには， 大 動 脈 の 血 流 配 分 を 知 る 必 要 が あ る ．そ こ で ， C F D を 活 用 し て 血 流 配 分 を 求 め る にあたっての課題を述べた． 第 3 章 で は ，C F D 解 析 に 必 要 な 境 界 条 件 を 設 定 す る た め の 生 体 デ ー タ の 計 測 と 解 析 に つ い て 述 べ た ． CFD で 解 析 を 行 う た め に は 生 体 の 血 流 情 報 が 必 要 で あ る ． 生体の大動脈の血流配分を調査するために，早稲田大学と慶應義塾大学医学部の 倫理委 員会 の承 認 を得て ，健 常人 3 例およ び大 動脈 瘤 患者 3 例 につ いて ，慶應 義 塾 大 学 病 院 の 協 力 を 得 て P C - M R I で 血 流 計 測 を 行 っ た ．健 常 人 3 例 の 下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 は 70%， 77%， 77%， ま た 大 動 脈 瘤 患 者 3 例 の 下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 は 67%， 70%， 72%で あ っ た こ と か ら ， 下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 を 実 測 し た 6 名 の 平 均 値 と 決 定 し ， 下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 を 基 準 と し て CFD 解 析 手 法 を 構 築 す る こととした． 第 4 章 で は ， 生 体 （ 健 常 人 お よ び 大 動 脈 瘤 患 者 ） の MRI 画 像 か ら CFD 解 析 用 モデルを構築し，第 3 章で得た下行大動脈の血流配分に一致する境界条件につい て 検 討 し た 点 に つ い て 述 べ た ． 弓 部 3 分 岐 側 出 口 圧 は 0mmHg（ 固 定 ） と し ， 下 行大動脈側出口圧を変更して血流配分を求め，出口境界条件を決定した．健常人 および 大動 脈瘤 患 者の血 管形 状を 用 いて検 討し た結 果 ，弓部 3 分岐 側出 口圧と 下 行 大 動 脈 側 出 口 圧 と に 圧 差 を 持 た せ る こ と で ， PC-MRI に 一 致 す る 血 流 配 分 が 得 ら れ た ． 出 口 圧 差 は ， 健 常 人 で は 0.4 ～ 0.9mmHg ， 大 動 脈 瘤 患 者 で は 0.2 ～ 0.3mmHg で あ っ た ． 出 口 圧 差 の 値 の 妥 当 性 は ， 今 後 ， 症 例 数 を 増 や し 確 認 す る こととした． 4 分岐管置換後の血管形状を単純なモデルに置き換え，4 分岐管モデルを 2 種 類 作 成 し た ．4 分 岐 管 の 弓 部 3 分 枝 の 位 置 を 大 動 脈 弓 部 最 長 部 に 配 置 し た 場 合（ 基 準 モ デ ル ）と 上 行 大 動 脈 側 に 45°傾 斜 し た 場 合（ 傾 斜 モ デ ル ）の モ デ ル を 作 成 し た ．こ の 2 種 類 の 4 分 岐 管 モ デ ル に つ い て ，健 常 人 3 例 と 大 動 脈 患 者 3 例 の 下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 の 値 を 用 い て 出 口 圧 差 を 求 め た と こ ろ ， 基 準 モ デ ル 0.2 ～ 0 . 6 m m H g ，傾 斜 モ デ ル 0 . 1 ～ 0 . 5 m m H g で あ っ た ．2 つ の 簡 易 化 し た 基 礎 モ デ ル の 2.
(4) 出口圧差の解析結果は，健常人と大動脈瘤患者の計 6 名のデータと同程度であっ た ．よ っ て ，こ の 出 口 圧 差 を 設 定 す る 境 界 条 件 は 妥 当 で あ る と 考 え ， CFD の 解 析 手法に決定した． 第 5 章 で は ，第 4 章 で 決 定 し た C F D 解 析 手 法 を 用 い て ，4 分 岐 管 と 3 分 岐 管 で の血流配分の比較を行った．3 分岐管を生体に移植した後の血管形状を単純なモ デルに置き換え，4 分岐管モデルで設定した圧差の境界条件を与えて血流配分を 比 較 し た ． 4 分 岐 管 基 準 モ デ ル で は ， 下 行 大 動 脈 71%， 腕 頭 動 脈 15%， 左 総 頸 動 脈 お よ び 左 鎖 骨 下 動 脈 1 4 % で ，3 分 岐 管 モ デ ル で は ，下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 6 8 % ， 腕 頭 動 脈 2 1 % ， 左 総 頸 動 脈 お よ び 左 鎖 骨 下 動 脈 11 % と な っ た ． 3 分 岐 管 で も 弓 部 3 分岐側への血流量は確保できることが示され，安全性と有効性が示された．ま た，3 分岐管では分岐血流の左右差があることがわかった．また，4 分岐管の分 岐血管径は 1 種類，3 分岐管は 2 種類販売されている．そこで，個々の分岐血管 の径の変更が血流量に及ぼす影響について検討し，分岐付人工血管の特性につい て 理 解 を 深 め た ．4 分 岐 管 の 分 岐 径 を 1 0 m m ，8 m m ，8 m m か ら 8 m m ，6 m m ，6 m m に 変 更 ，ま た 3 分 岐 管 の そ れ ぞ れ の 径 を 1 2 m m ，8 m m ，8 m m か ら 1 0 m m ，6 m m ， 6 mm に 変 更 し て ， 弓 部 3 分 岐 へ の 血 流 を 解 析 し た と こ ろ ， 4 分 岐 管 で は 43%， 3 分 岐 管 で は 27%そ れ ぞ れ 減 少 し た ． さ ら に ， 3 分 岐 管 で は 上 行 大 動 脈 の 吻 合 角 度 が血流配分に影響を与えると考え主管の吻合角度を変更したモデルを作成し血流 配分を求めたが，血流配分の変動はほとんど見られなかった． 第 6 章では，本研究の成果と今後の展望を述べた．本研究により，ヒトの計測 デ ー タ か ら 下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 は 70%程 度 と 決 定 し ，下 行 大 動 脈 の 血 流 配 分 と 一 致 す る 出 口 圧 差 を 出 口 境 界 条 件 に 設 定 し て 大 動 脈 の 血 流 配 分 を 求 め る CFD 解 析手法を開発した．今後，症例数を増やし，健常人および大動脈瘤患者の出口圧 差 を 検 討 し て い く ． 圧 差 が 本 研 究 で 得 ら れ た デ ー タ 範 囲 内 で あ れ ば ， 本 CFD 解 析手法で分岐付人工血管の血流配分評価が行えるものと考えられる．データの個 体 差 が 大 き い よ う で あ れ ば ， 場 合 分 け す る な ど し て ， 本 CFD 解 析 手 法 を 洗 練 化 していく． 3 分岐管は，各分岐の血管径という観点からは既承認品での実績から血流が確 保されると判断され，一部変更にて薬事承認を受け臨床使用されている．生体の 解剖学的形状の異なる 3 分岐管を臨床に用いた際の血流配分については検討され ておらず，本研究成果で 血流配分の観点から 3 分岐管の安全性と有効性を示すこ とができた． 本 研 究 は ，既 承 認 品 の 4 分 岐 管 と 3 分 岐 管 を 対 象 と し て こ れ ま で 評 価 さ れ て い な か っ た 頭 部 及 び 上 肢 に 向 か う 血 流 配 分 を CFD 解 析 手 法 を 用 い て 明 ら か に し た ものである．本研究を確立していくことにより，新たな人工血管の市販前非臨床 評価への活用も期待される．. 3.
(5) Ｎｏ.1. 早稲田大学 氏 名. 木浦千夏子. 博士（生命医科学）. 学位申請. 研究業績書. 印 （2013 年. 種 類 別 1. 論文 ○論文. 2. 講演 講演. 題名、. 発表・発行掲載誌名、. 発表・発行年月、. 2月. 現在）. 連名者（申請者含む）. Evaluation of the performance on blood-flow distribution in the 4-branch and 3-branch blood vessel grafts, Chikako Konoura, Takanobu Yagi, Masanori Nakamura, Kiyotaka Iwasaki, Yi Qian, Shigeo Okuda, Mitsuo Umezu, Journal of Artificial Organs (Accepted in January 2013). 大動脈の血流配分を再現する数値流体計算の出口境界条件の検討，第 21 回日本コンピュ ータ外科学会，徳島あわぎんホール，2012 年 11 月，木浦千夏子，八木高伸，中村匡徳， 岩崎清隆，銭逸，奥田茂男，梅津光生. 講演. 人工血管血流配分性能評価にむけての大動脈血流解析手法の検討－モデル形状の検討 －，日本生体医工学会第 4 回 RS（医療機器に関するレギュラトリーサイエンス）研究会 ～医療機器 RS における Risk vs Benefit～(東京：TWIns（東京女子医科大学・早稲田大 学連携先端生命医科学研究教育施設）)，2012 年 9 月，木浦千夏子，八木高伸，中村匡徳， 岩崎清隆，銭逸，奥田茂男，梅津光生. 講演. 医療機器（人工血管）薬事審査における流体シミュレーションの有効性（第二報） ，日本 生体医工学会 第 3 回 RS（医療機器に関するレギュラトリーサイエンス）研究会 シン ポジウム「私と RS」(TWIns 3F セミナールーム)，2012 年 3 月，木浦千夏子. 講演. 医療機器（人工血管）薬事審査における流体シミュレーションの有効性（第一報） ，日本 生体医工学会 第 2 回 RS（医療機器に関するレギュラトリーサイエンス）研究会 シン ポジウム「私と RS」(お茶の水女子大学)，2011 年 11 月，木浦千夏子. 講演. Debranch 手術に用いる 3 分枝人工血管の血流配分の検討，第 49 回日本人工臓器学会(東 京（都市センターホテル）)，2011 年 11 月，木浦千夏子，銭逸，岩崎清隆，梅津光生. 3. その他 （論文） Computer Simulation of Temperature Distributions for Several Configurations of Electrodes in Radiofrequency Ablation of Liver Tumors ， Biocybernetics and Biomedical Engineering27(1-2),pp.271-274，2007 年，MAKOTO NOSHIRO, CHIKAKO KONOURA, SATORU NEBUYA （論文）. 肝腫瘍焼灼における電極配置と温度分布のシミュレーション，医科器械学 75(12),837-844 頁，2005 年 12 月，木浦千夏子，根武谷吾，野城真理.
(6) Ｎｏ.2. 早稲田大学 種 類 別. 題名、. 博士（生命医科学） 発表・発行掲載誌名、. 学位申請. 発表・発行年月、. 研究業績書. 連名者（申請者含む）. （論文）. 焼灼用電気手術器使用時の対極板の安全装着法に関する検討，日本手術医学会誌 21(4),370-374 頁，2000 年 4 月，木浦千夏子，鶴田千之，戸畑裕志，上田直行，加納龍 彦. （論文）. 焼灼用電気手術器を用いた肝焼灼時の体温上昇と対応，日本手術医学会誌 21(4),365-369 頁，2000 年 4 月，木浦千夏子，鶴田千之，戸畑裕志，上田直行，加納龍彦. （講演）. アナログ式熱変換型電気メスチェッカの検討，第 86 回日本医療機器学会，パシフィコ横 浜，2011 年 6 月，木浦千夏子，武田朴，小野哲章. （講演）. 熱変換型電気メス出力チェッカの開発，生体医工学シンポジウム 2010，札幌（北海道大 学大学院） ，2010 年 9 月，木浦千夏子，武田朴，小野哲章. （講演）. アナログ式熱変換型電気メスチェッカの開発，第 38 回日本医療福祉設備学会，東京ビッ グサイト，2009 年 11 月，木浦千夏子，多田浩之，小野哲章. （講演）. 肝腫瘍焼灼における電極配置と温度分布のシミュレーション，医科器械学，2005 年 12 月，木浦千夏子，根武谷吾，野城真理. （講演）. 肝腫瘍焼灼用つり針状電極の配置と温度分布，医科器械学，2005 年 10 月，木浦千夏子， 根武谷吾，野城真理. （講演）. 肝腫瘍高周波焼灼における電極配置と温度分布の有限要素法による解析，第 20 回生体・ 生理工学シンポジウムオーガナイズドセッション「ハイパーサーミアの新展開」，東京（法 政大学市ヶ谷キャンパス） ，2005 年 9 月，木浦千夏子，根武谷吾，野城真理. （講演）. 高周波焼灼におけるメス先電極の本数と温度分布の関係，第 43 回日本エム・イー学会大 会，石川厚生年金会館，2005 年 5 月，木浦千夏子，根武谷吾，野城真理. （講演）. 肝腫瘍約焼灼用つり針状電極の配置と温度分布，第 80 回日本医科器械学会，パシフィコ 横浜，2005 年 5 月，木浦千夏子，野城真理，根武谷吾. （講演）. 肝腫瘍高周波焼灼における電極配置と温度分布，北里大学大学院，2005 年 3 月，木浦千 夏子. （講演）. 高周波焼灼における電極配置と温度分布の関係，日本臨床工学技士会会誌，2005 年， 木浦千夏子，根武谷吾，野城真理. （講演）. 凝固による肝組織の抵抗率の変化，第 19 回生体・生理工学シンポジウム論文集 175-176 頁，大阪（大阪電気通信大学），2004 年 11 月，木浦千夏子，根武谷吾，野城真理. （講演）. 高周波焼灼におけるメス先電極の本数と温度分布の関係， 医用電子と生体工学 42,683 頁， 2004 年，木浦千夏子，根武谷吾，野城真理.
(7) Ｎｏ.3. 早稲田大学 種 類 別. 題名、. 博士（生命医科学） 発表・発行掲載誌名、. 学位申請. 発表・発行年月、. 研究業績書. 連名者（申請者含む）. （講演）. 高周波焼灼における電極配置と温度分布の関係，第 14 回臨床工学会，パシフィコ横浜， 2003 年 10 月，木浦千夏子，根武谷吾，野城真理. （講演）. 高周波焼灼のためのメス先電極の本数と電流分布，第 18 回生体・生理工学シンポジウム 論文集 413-414 頁，新潟県健康づくり・スポーツ医科学センター，2003 年 10 月，木浦千 夏子，根武谷吾，野城真理. （講演）. 焼灼用電気手術器の安全性に関する検討，第 21 回日本手術医学会総会，2000 年 10 月， 木浦千夏子，鶴田千之，山下大輔，戸畑裕志，上田直行，加納龍彦. （講演）. 焼灼用電気手術器の安全性に関する検討，日本手術医学会 21(1),57～59 頁，2000 年 1 月，木浦千夏子，鶴田千之，山下大輔，戸畑裕志，上田直行，加納龍彦. （講演）. 熱変換方式による電気メス出力測定方法の研究，医科器械学 69(10),479～480 頁，1999 年 10 月，小野哲章，木浦千夏子，戸畑裕志. （講演）. 半導体レーザー照射による生体反応，第 56 回日本公衆衛生学会総会，1997 年 10 月， 平井紀光，中島章夫，福永一義，丹羽健，小野寺千鶴子，鈴木ひろこ，木浦千夏子，川 名規世. 3. その他 （著書） クリニカルエンジニアリング（臨床工学ジャーナル） 臨床工学技士・21 世紀の夢：TQC を活用して業務管理のエキスパートになろう！，Clinical Engineering，2000 年 5 月， 木浦千夏子 （著書）. クリニカルエンジニアリング（臨床工学ジャーナル）読者座談会 テーマ： 「クリニカル エンジニアリング」誌に期待する，Clinical Engineering，1999 年 7 月，木浦千夏子. （著者）. クリニカルエンジニアリング（臨床工学ジャーナル） ともに語ろう，臨床工学技士の 今 日 と 明 日 こ ん な 仕 事 が し て み た い ― 卵 の 殻 の 中 か ら 外 を 見 て ― ， Clinical Engineering，1996 年 7 月，木浦千夏子.
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