高精度かつ高速な呼吸系気流シミュレーション手法の開発

R4年度の研究では、開発してきた高速かつ高精度呼吸系シミュレーション手法を改良し完成させながら、臨床応用を行った。呼吸器疾患COPD、気管支喘息の治療の際に呼吸機能の指標から患者の重症度を評価する必要がある。従来はスパイロメータ ーという測定器を用いて、肺機能の検査結果を基準に診断を行ってきた。しかしスパイロメーターでは、気道の局所的なデータを得ることができない。 そこで、研究分担者の呼吸器内科専門医の指導の下、健常者、COPD、喘息、 ACO患者の CT 画像から気管支モデルを作成したのち気道本数を算出し、開発したシミュレーション手法で気管支気流解析を行い、解析結果で得られた流体力学的データと肺機能との相関性を検討し、細気管支の気道本数と平均流速が有効な診断指標となる可能性を示した。また、気管支モデルは気道付近での複雑な流れ場を再現するために三次元モデルとし、以降を簡易的な一次元パイプ モデルとした手法により、。COPD の病態を考慮した条件の下、肺の変形と気管支気流の連成解析を行ない、肺気腫が呼吸機能に及ぼす影響について検討した。さらに、健常者と呼吸器疾患患者の横隔膜換気運動の違いに着目し、CT画像から作成したモデルに対して画像解析を行い、横隔膜各グループでの表面積を求めるとともに、呼吸系シミュレーションによる横隔膜運動シミュレーションを行い、静止状態では得られない面積の収縮率を取得し、これらと肺活量などの呼吸生理データとの関係を解析することにより、横隔膜運動と呼吸器疾患の相関関係を解明し、疾患による特徴を検討した。

R4年度の研究では、開発してきた高速かつ高精度呼吸系シミュレーション手法を改良し完成させながら、臨床応用を行った。呼吸器疾患COPD、気管支喘息の治療の際に呼吸機能の指標から患者の重症度を評価する必要がある。従来はスパイロメータ ーという測定器を用いて、肺機能の検査結果を基準に診断を行ってきた。しかしスパイロメーターでは、気道の局所的なデータを得ることができない。 そこで、研究分担者の呼吸器内科専門医の指導の下、健常者、COPD、喘息、 ACO患者の CT 画像から気管支モデルを作成したのち気道本数を算出し、開発したシミュレーション手法で気管支気流解析を行い、解析結果で得られた流体力学的データと肺機能との相関性を検討し、細気管支の気道本数と平均流速が有効な診断指標となる可能性を示した。また、気管支モデルは気道付近での複雑な流れ場を再現するために三次元モデルとし、以降を簡易的な一次元パイプ モデルとした手法により、。COPD の病態を考慮した条件の下、肺の変形と気管支気流の連成解析を行ない、肺気腫が呼吸機能に及ぼす影響について検討した。さらに、健常者と呼吸器疾患患者の横隔膜換気運動の違いに着目し、CT画像から作成したモデルに対して画像解析を行い、横隔膜各グループでの表面積を求めるとともに、呼吸系シミュレーションによる横隔膜運動シミュレーションを行い、静止状態では得られない面積の収縮率を取得し、これらと肺活量などの呼吸生理データとの関係を解析することにより、横隔膜運動と呼吸器疾患の相関関係を解明し、疾患による特徴を検討した。