排尿機能評価に向けた、蓄排尿器官の生体モデル構築法の研究

评价泌尿功能的泌尿储存和排泄器官生物学模型构建研究

• 批准号: 12J00358
• 负责人: 石井 琢郎
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J00358/
• 关键词: 排尿機能障害; 内視鏡画像処理; 3次元臓器モデリング; 流体解析; 尿流シミュレーション; 内視鏡画像; 数値流体力学; 排尿流シミュレーション

本研究では、前立腺部尿道の前立腺部尿道における蓄排尿機能障害の評価法として、従来困難であった尿道内部、特に蓄排尿障害の原因疾患である、膀胱頚部や前立腺部における粘弾性や形状の性状変化が流体に与える影響を数値化することを目的として、患者の尿道形状取得と、尿道の尿輸送機能評価法の確立に取り組んできた。本年度においては、下部尿路形状構築における構築精度向上のためのアルゴリズムの開発と、臨床データを用いた提案手法における臨床的有用性についての検討を実施した。本手法における形状モデルの精度向上には、内視鏡画像における同一臓器の色彩情報を、臓器表面の血流量によって分別することが必要である。内視鏡から収集された下部尿路の色彩情報の分布をHSB色空間上に表現し、最尤法を用いて複合ガウス分布としてフィッティングすることで、収集した色情報を、低血流部位、高血流部位、非尿道臓器の3分布に分割できる手法を開発した。次に、臨床データを用いた、本研究の臨床的有用性について検討した。提案手法によって構築した、膀胱尿道鏡映像を基にした下部尿路の形状モデルを用いて、有限体積法による定常流解析を行い、尿道内における流れを可視化した。前立腺部尿道における圧力損失を、本手法における排尿症状の指標とし、従来の臨床検査におけるデータとの関連性を検討した。その結果、圧力損失量は前立腺体積に強い相関を示し、本研究が患者の尿道内腔の正常を適切に再現していることが示唆された。また、排尿症状の改善薬剤の投与により、臨床データと同様に、提案手法による圧力損失も改善傾向を示すことも確認された。また、本手法では、尿道内における詳細な流れの振る舞いを可視化できることから、尿道内における排尿症状の責任部位を同定し、より繊細な治療法を可能にすることが示唆された。今後、医学研究として大規模な症例数における本手法の評価や治療への応用を目指した検討が実施される見込みであり、現在、臨床現場での使用を想定したソフトウェアの開発を実施している。

在这项研究中，我们一直在努力获得患者的尿道形状，并建立了一种评估前列腺尿道功能障碍的方法，目的是量化玻璃弹性和形状变化对膀胱颈和前列腺中液体的影响的影响，这是在前列腺尿液中的尿液功能障碍的原因，这是在前列腺尿液中的流动性，这是在这种情况下的流动性。今年，我们开发了一种算法来提高较低的尿路形状构建的构建精度，并使用临床数据检查了该方法的临床实用性。为了提高这种方法中形状模型的准确性，有必要根据器官表面上的血液流量在内窥镜图像中分离同一器官的颜色信息。我们已经开发了一种方法，该方法允许在HSB颜色空间中表达从内窥镜收集的下尿路中分布颜色信息，并使用最大似然方法将其拟合为复合高斯分布，并将收集的颜色信息分为三个分布：低血流，高血流动，高流动流动和非尿道或非尿道或非尿道organs。接下来，我们使用临床数据研究了这项研究的临床实用性。使用使用建议的方法构建的膀胱催化剂图像，使用有限体积方法进行稳定的流量分析以可视化尿道内的流动。前列腺尿道中的压力损失是该方法中尿症状的指标，并检查了传统临床测试数据之间的关系。结果显示与前列腺量有很强的相关性，表明这项研究正确地再现了患者尿道腔的正态性。还可以证实，与临床数据相似，所提出的方法的压力损失也表明了改善药物给药以改善泌尿症状的趋势。此外，该技术允许可视化尿道内的详细流动行为，这表明可以鉴定出负责尿道内尿液症状的部位，从而可以进行更精致的治疗。将来，预计将进行医学研究，目的是在大规模案例中评估这种方法并将其应用于治疗，目前正在开发旨在用于临床环境的软件。

项目成果

Modeling method of the male urethra from endoscopic imagery toward the least invasive surgery for patients with voiding dysfunction

内窥镜成像男性尿道建模方法对排尿功能障碍患者微创手术的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: Ishii T;Igarashi T;Ishii T;Ishii T
• 通讯作者: Ishii T

Image based diagnosis for male voiding dysfunction

基于图像的男性排尿功能障碍诊断

• 发表时间: 2013
• 作者: Ishii T;Nakamura K;Naya Y;Yamanishi T;Igarashi T
• 通讯作者: Igarashi T

Urine flow dynamics through the urethra in patients with bladder outlet obstruction

膀胱出口梗阻患者尿道尿流动力学

• DOI: 10.1142/s0219519414500523
• 发表时间: 2014
• 期刊: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ
• 作者: Ishii T;Naya Y;Yamanishi T;Igarashi T.
• 通讯作者: Igarashi T.

Tubular Organ Modeling from Endoscopic Imagery-Multi Angle Observation and Challenging towards F unctional Analysis

内窥镜图像的管状器官建模-多角度观察和对功能分析的挑战

• 发表时间: 2013
• 作者: Ishii T;Igarashi T;Ishii T
• 通讯作者: Ishii T

Analysis of energy loss mediated by an alpha-1 blocker in patients with benign prostatic hyperplasia using a virtual urethra processed from an endoscopic video image.

使用从内窥镜视频图像处理的虚拟尿道分析良性前列腺增生患者中由 α-1 阻滞剂介导的能量损失。

• DOI: 10.1089/end.2012.0078
• 发表时间: 2012
• 期刊: Journal of Endourology
• 影响因子: 2.7
• 作者: Takuro Ishii;Yoichi Kambara;Tomonori Yamanishi;Yukio Naya;Tatsuo Igarashi;Sentanu RG;T. Sazuka
• 通讯作者: T. Sazuka