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私の研究

植込み型除細動器の除細動シミュレーション
朱 欣（しゅ きん）
公立大学法人会津大学
情報システム学部門生体情報学講座
上級准教授〔共同研究者：東邦大学佐倉病院循環器内科 教授

野呂眞人（のろ まひと）〕れている。更に、ICD、CRT/CRT‑D の本体の１．はじめに
日本では年間６〜８万人が心臓突然死により留置部位に関するエビデンスは一切なく、かつ、死亡すると推定され、その直接死因の多くは心種々、アルゴリズムの設定パラメーターに関する室性頻脈性不整脈とされている。欧米では、植エビデンスも未だ多くない。このような状況下で、込み型除細動器（Implantable Cardioverter

ICD の不適切、適切作動共に生命予後を悪化さDefibrillator ; ICD）、両心室ペーシング機能付きせる可能性が報告され、その原因として、ICD 作ICD（CRT‑D）は心室性頻脈性不整脈の一次予防、動による心筋障害の関与が強く示唆されている。

二次予防ともに生命予後を改善することが明らか

これまでは、動物実験、臨床研究等により、にされ、唯一で、最も効果的な突然死予防法とし

ICD、CRT/CRT‑D の検討を行って来たが、動物（1）（2）。日本循環器学会で公愛護管理法、臨床実験倫理審査は厳しくなり、コ開された2014年循環器疾患診療実態調査では、日本スト、臨床症例数の制限などもある。一方、心臓における ICD・CRT/CRT‑D 植込み数は既に年間

コンピュータシミュレーションによる検討は倫理10,000例以上を超えていると報告されている。更問題を避けることが可能で、且つ、コスト面でもに、2012年に新しい概念で、心臓内にリードを留優れているため、FDA は薬物評価、薬事法認定

置しない、皮下植込み型除細動器（Subcutaneousにおいて役立てる in silico （ in vivo （生体内）やICD：SICD）が米国食品医薬品（FDA）で承認

in vitro （試験管内）の替わりに、コンピュータされ、日本でも、2016年２月に保険償還されるなを用いて）の計算モデルを開発することを提唱し

ど、ICD の適応症例は更に拡大している。ている（3）。て位置づけられている

しかし、日本で使用されている ICD、CRT/

本研究室では2012年から、東邦大学佐倉病院循

CRT‑D の各機種は、すべて海外のメーカーでデ環器内科（2015年度まで勤務先：同大橋医療センザイン・生産されており、人種間の差異、症例のター循環器内科）の野呂眞人教授らの研究チーム

基礎心疾患構成は考慮されず、また、ガイドライと連携し、コンピュータシミュレーション及び臨床ンはほぼ欧米におけるエビデンスに基づき作成さ検討により、ICD 本体腋窩植込み法、及び、SICD



福島の進路 2016. 5

私の研究の研究を行っている。研究成果は植込みデバイス

小児や美容目的で留置部位を検討した報告はある関連冬季大会において２回最優秀演題賞を受賞し、が、多くの場合、左前胸部への留置が踏襲されてその研究成果に基づき、特許も出願している。今いる。

回は、ICD 本体腋窩植込み法に関する研究結果

2.2 目標を紹介し、臨床における有用性を解説する。

ICD 作動時の体内電気伝導様式に基づき、効果的除細動による心筋障害の抑制を目的とした ICD

２．ICD 本体腋窩植込み法

本体植込み部位を検討することを目的とした。

2.1 背景2.3 臨床実験

ICD は多くの心臓性突然死を予防しているが、2012年９月から2014年12月の期間に、新規 ICD

近年、適切でも不適切作動でも、生命予後を悪化

または CRT‑D 植込み症例で、同意が得られたさせる可能性があると報告された。ICD 作動が連続30例を対象とした。ICD の本体とRVショック予後を悪化させるのか、または、適切でも不適切リードで左心室を挿み込むように、ICD 本体を左でも、ICD の作動が生じるような不整脈を合併（4）腋窩上部に留置した 。図１は腋窩植込みの手順をする症例の予後が悪いのか明らかではないが、心示す。腋窩植込みに使用された機種は Biotronik

室性不整脈を合併する症例自体の予後は不良であ社製２例、Boston 社製９例、Medtronic 社製５り、さらに、特に、低心機能では、ICD 作動に例、Sorin 社製５例、St Jude 社製９例で、ICDよる心筋障害の関与が強く示唆されている。

が24例、CRT‑D が６例であった。更に、同じ期

また、臨床上の全ての上室性頻拍と心室性頻拍間中に、新規 ICD または CRT‑D 植込みの40症をアルゴリズムで鑑別することは不可能で、その例に対し、ICD 本体を左胸部に留置した。左胸結果、不適切作動の完全な抑制は不可能である。

部植込みに使用された機種は Biotronik 社製１例、

そのため、不適切はもとより、適切作動に於いてBoston Scientific 社製15例、Medtronic 社製11例、も、ICD の出力を抑え、低出力で頻拍の停止がSorin 社製４例、St Jude 社製９例で、ICD が24確実に得られれば心筋障害を最小限に抑えられる例、CRT‑D が16例であった。すべての症例に対し、可能性が高い。ICD 本体の留置部位に関しては、５J（ジュール）での心室細動停止の有無を検討
リード挿入

準備

回復後の外見

消毒穿刺（せんし）

植え込み直後ICD 本体を植え込む

図１

ICD 本体ポケット

腋窩部 ICD 植込み術の手順

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私の研究した。この検討は東邦大学大橋医療センター倫理委員会で承認され、患者に実施内容を詳しく説明し、紙面上での承諾を受けた上で行われた。
2.4 コンピュータシミュレーション

2.5 結果2.5.1 臨床実験結果
左腋窩群では30例中26例（86.7%）５J で心室細動の停止が得られ、前胸部群では、40例中コンピュータを用いて、ICD リードは右室心11例（27.5%）であり、有意に腋窩群で停止が尖部に留置して、ICD 本体を、通常の左前胸部多く認められた（p<<0.05：t 検定）。更に、左（図２⒜）及び左腋窩（図２⒝）に留置し、ICD腋窩植込み群は、有意に除細動閾値を低減させを作動させた場合の体内での電気伝導様式をシた（P<<0.05；多重ロジスティック回帰分析）。

ミュレーションし、心筋に流れる電流・電圧を計

左室駆出率の低下、ボディマス指数の増加、ア算した。さらに、それぞれの留置部位での除細ミオダロンの服用などは除細動閾値に相関しな動を成功させるのに必要な最小出力エネルギーかった。

（defibrillation threshold, DFT）と心筋障害を惹

2.5.2 コンピュータシミュレーションの結果起する電位空間差分の体積率を検討した（4）。尚、ICD 作動時の体内電流伝導路のシミュレー

シミュレーションは単相性波形で、リードから本ションでは、どの部位に ICD 本体を留置した体へ電流が流れる設定で実行した。

場合でも、電場の力線は肺と脊椎を避けるように伝導していた。また、心臓への収束部位は心⒜⒞

臓の下面からが主であり、前面下部で直接右室から RV coil の留置部位に収束する伝導と、後面下部で左室を通り右室の RV coil の留置部位に収束する伝導が認められた（図２⒞ ⒟）。
左前胸部に本体を留置いた場合の電流伝導様式は、電場の力線は主に、ICD 本体から上方と下方に向かう電場の力線に二分されていた。上方に向かう電流伝導は本体から左上方に向かい胸部背面に到達し、大きく左右に分かれて胸部⒝⒟背面全体を迂回していた。その後、心臓後面下部から心臓に到達する伝導と、大きく腹部背面足方まで下降して腹部前面に伝導し、心臓前面下部から心臓に到達する伝導が認められた。下方に向かう電流伝導は、本体より下方へ縦隔前方を伝導し心臓前面下部から心臓に到達していた（図２⒞）。
左腋窩に本体を留置いた場合の電流伝導様式

図 2 人体モデル：ICD 前胸部植込み⒜及び腋窩植込み⒝に対応する本体、リードの位置を示す。
ICD 前胸部植込み⒞及び腋窩植込み⒟において、シミュレーションした電界線。
文献⑷の図から改修。

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は、ICD 本体から上昇、下降、及び、胸部前面、背面を横断する電場の力線に三分されていた。上昇、下降する伝導様式は、ICD 本体が前胸部に比べ、下方背側（腋窩上部）に位置しているだけ、この変化に応じて変化していたが、

私の研究
前胸部留置の場合とほぼ同様の伝導様式を呈し

窩で2.02%（左室０%、右室3.40%）、腋窩部留ていた。前胸部留置の場合と大きく異なるのは、置法が最も心筋障害が抑制される可能性が示

胸部前面、背面を横断する電流伝導で、前胸部唆された（図３⒞ ⒟）。この心筋傷害部位は、を横断する伝導は心臓前面下部から心臓に到達

ショックコイルの留置部位周辺で右室心尖部にし、背面を横断する伝導は心臓後面下部から心限局されていた。

臓に到達し、背面を横断する伝導のほうが胸部前面を横断する伝導より、より密に存在してい３．考察た。そのため、左前胸部と腋窩留置での、心臓電流は、抵抗値が高い臓器には伝導し難く、抵へ到達する電流伝導様式の差は、腋窩留置のほ抗値の低い臓器によく伝導するはずである。ICDうが、心臓下部後面より心臓に達する伝導が多本体とリード先端のコイル間には肺があり、肺にく認められることであった（図２⒟）。

は空気が含まれるため、抵抗値は高くなり、電流除細動が成功する必要な最小出力エネルギーは伝導し難いと考えられる。このため、電流は（DFT）を各 ICD 本体の留置部位で検討すると、決して、ICD 本体からリード尖端のコイルへと、前胸部留置の場合は380Vで9.4J、腋窩留置の場肺を通り、直線的には伝導しないはずである。シ合には310Vで6.2J に相当し、左腋窩が最も低ミュレーションでは、１）電流は肺と脊椎を避けい除細動閾値を示した（図３⒜ ⒝）。

るように伝導していた。２）腋窩の方が前胸部に一方、心筋障害体積率は、それぞれ、右室、比べ、DFT が低くかった。３）心筋障害体積率

左室、及び、全ての心室の DFT で検討すると、は腋窩留置で最も低かったとの結果であった。こ前胸部で4.22%（左室０%、右室6.78%）、左腋の原因として、腋窩に留置した場合には、電流は⒜左前胸部植込みの除細動比率⒝腋窩植込みの除細動比率
図３ ICD 前胸部植込み⒜及び腋窩植込み⒝において、シミュレーションした除細動電圧−除細動比率のグラフ。ICD 前胸部植込み⒞及び腋窩植込み⒟において、シミュレーションした除細動電圧−心筋障害のグラフ

除細動電圧，V⒞ 左前胸部植込みの心筋障害比率

除細動電圧，V⒟腋窩植込みの心筋障害比率

シミュレーション上で、除細動比率は90％を超えると、除細動は成功し、局部の電圧差分は30V/㎝を超えると、心筋障害を起こすと仮定する。
グレー線（中）、黒線（下）、青線（上）は全心室、左心室、右心室の除細動・心筋障害比率に対応する。
文献⑷の図から改修。

除細動電圧，V

除細動電圧，VDFT：除細動閾値

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私の研究右室、左室にほぼ同じ分布をし、効果的に心臓全が示唆された。その結果、除細動に必要とされる体に電流が伝導するためであると考えられた。

出力は低くなり、出力を前胸部に留置する場合よ腋窩に本体を留置することで、生活活動への支り低く設定することが出来、ICD 作動による心筋障とリードへの影響が懸念された。このため、ア障害が抑制できる可能性が高いと考えられた。まンケート調査を施行し、ICD 本体が生活に支障をた、ICD 本体を左腋窩に留置することは、心筋きたしているかどうかを問うたが、明らかに支障障害抑制の他、除細動閾値の高い症例にも有用でを感じるとの返答はなく、むしろ、外的障害からある可能性があると考えられた。

ICD が腋窩で保護されていて安全性を感じていた。

今後、スーパーコンピュータを用い、個人別、また、リードに関しては、腋窩静脈より血管内にイオンチャネルの特性を含む心臓モデルに基づき、挿入されるため、前胸部に比べ、血管外に露出すより現実に近い心臓コンピュータシミュレーショる部分が少なく、リード損傷の恐れは前胸部よりンを実現する予定である。

少ないと考えられ、さらに、ポケット内に収納されるリードは前胸部に比べ、腋窩の場合にはより< 参考文献 >短くなり、且つ、腋窩は脂肪組織が豊富で、本体⑴

日本循環器学会：不整脈の非薬物治療ガイド
ライン（2011年改訂版）からの圧迫によるリード障害も少なくなる。左上腕の動きによりリードにせん断応力が生じること⑵

日本循環器学会：心臓突然死の予知と予防法のガイドライン（2010年改訂版）も懸念されたが、血管内に留置され、保護されており、上腕の可動性は上腕静脈に関連し、せん断応力が生じる可能性は少ないと思われた。
除細動時の電流の体内伝導様式は、心臓の大き⑶Valerio LG Jr, Balakrishnan S, Fiszman
ML, et al.

Development of cardiac safety

translational tools for QT prolongation andさ、肺鬱血の程度、等で変化し、それに連動して、

torsade de pointes.

除細動効果も変化して来るはずである。また、心Toxicol.

Expert Opin Drug Metab

2013 Jul；９（７）：801−15．

臓の大きさ、肺鬱血等は同一症例で刻々と変化し⑷ Noro M, Zhu X, Enomoto Y, et al. Decreasedている。このため、個々の症例での検討には限界

Defibrillation Thresholds and Minimizedがあり、今回の検討では、正常心筋で、正常な心Myocardial Damage by Implanting Implantable

臓の大きさ、正常な肺の抵抗値を持つ場合には左Cardioverter-defibrillators in the Left Axilla,

前胸部より左腋窩、さらに、腋窩では下部より上Circ J. 2016 Apr；80（４）：878−886．

部に本体を留置したほうが、低い出力で心筋保護効果を含め、効率的な除細動効果を示す可能性が高いとの結果である。しかし、ICD 作動時の体内の電気伝導様式からの検討であるため、拡大した異常心筋の場合もこの結果に準じる可能性が高いと考えられた。

４．結論及びこれからの研究
ICD の本体を前胸部より左腋窩上部に留置した場合に、心室性頻拍性不整脈の除細動に効果的な伝導様式が得られ、除細動効果が高くなること

福島の進路 2016. 5< プロフィール >1977年３月中国湖南省長沙市生まれ。2006年
理工学博士（会津大学）。2006年会津大学生
体情報学講座特別研究員、2009年同准教授、2015年同上級准教授。2005年 IEEE EMBS
Japan Chapter JpCOMPEmbs 賞、植込みデバ
イス関連冬季大会最優秀講演賞（2013、2015年度、共著）などを受賞。2017年日本心電図ワークショップお世話人。