Measurement of brain tissue blood flow during microsurgical procedures using a surgical microscope laser light source

• Project/Area Number: 19K09487
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56010:Neurosurgery-related
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: Saito Kiyoshi 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (00240804)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 拓 福島県立医科大学, 医学部, 講師 (00404872) ; 佐久間 潤 福島県立医科大学, 医学部, 准教授 (60305365)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 手術顕微鏡レーザー光源 / 2次元レーザー組織血流測定装置 / 手術中脳組織血流測定 / レーザー光源 / 脳組織血流量 / 手術顕微鏡 / 脳神経外科手術

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、我々が開発したレーザー光源を用いて顕微鏡機能下に脳組織血流量の絶対値を測定することである。すでに倫理委員会の承認を得て手術用顕微鏡にレーザー光源が装着され使用している。そこで、2次元レーザー組織血流測定装置を手術顕微鏡に装着し脳表の組織血流量を測定し、測定誤差の評価と解析を行い、脳血流量の絶対値測定方法を確立する。また、可視光／蛍光画像（形態情報）と組織血流2次元画像（定量的機能情報）の融合表示を行う。手術中に脳血流量の絶対値が測定できれば、脳虚血などの合併症を回避できるのみでなく、脳組織血流量変化から脳機能を評価できるなど、新しい領域への発展も期待できる。

Outline of Final Research Achievements

We have developed a surgical microscope laser light with blue, green, red, and near-infrared laser sources. In this project, we mounted a 2D laser blood flow imager in a microscope and measured brain tissue blood flow using a near-infrared laser source during microsurgical procedures. In 36 patients (19 cerebrovascular diseases, 15 brain tumors, and 2 others) who accepted the project, we could measure the brain tissue blood flow non-invasively without any complications. Using our system, we could predict and prevent ischemic brain complications during microsurgeries. By measuring the brain tissue blood flow, we could monitor changes of brain condition and brain function in future.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳神経外科手術では、予期せぬ合併症として手術中に脳虚血による脳梗塞がおこることがある。この予防には脳組織血流量の測定が必要で、これまで海外を含めて有効な方法は報告されていなかった。本研究では、手術顕微鏡に2次元レーザー組織血流測定装置を装着し、我々が開発したレーザー光源を用いて合併症なく短時間で非侵襲的に脳組織血流測定が可能であった。本法により脳虚血などの合併症を回避できるのみでなく、脳組織血流量変化から脳機能を評価できるなど、新しい領域への発展も期待できる。

Research Products

• [Journal Article] 脳動脈瘤手術におけるMEP モニタリングと蛍光撮影の進歩―刺激方法の変遷と可視光/近赤外光同時表示 ICG蛍光血管撮影の開発― (2020)
  • Author(s): 佐藤 拓、板倉 毅、鈴木恭一、佐久間潤、藤井正純、Mudathir Bakhit、岩楯兼尚、市川優寛、齋藤 清
  • Journal Title: 脳卒中の外科 Volume: 48 Pages: 168-172
  • NAID: 130007883890
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clipping cerebral aneurysm (2020)
  • Author(s): Sato T, Suzuki K, Sakuma J, Saito K
  • Journal Title: Video Atlas of Intraoperative Applications of Near Infrared Fluorescence Imaging Volume: 1 Pages: 27-34
  • DOI: 10.1007/978-3-030-38092-2_4
  • ISBN: 9783030380915, 9783030380922
• [Journal Article] Vascular malformationm (2020)
  • Author(s): Sato T, Suzuki K, Sakuma J, Saito K
  • Journal Title: Video Atlas of Intraoperative Applications of Near Infrared Fluorescence Imaging Volume: 1 Pages: 45-51
  • DOI: 10.1007/978-3-030-38092-2_6
  • ISBN: 9783030380915, 9783030380922
• [Journal Article] 脳動脈瘤手術におけるMEPモニタリングと蛍光撮影の進歩：刺激方法の変遷と可視光／近赤外光同時表示ICG蛍光血管撮影の開発 (2020)
  • Author(s): 佐藤 拓，板倉 毅，鈴木恭一，佐久間潤，藤井正純，Bakhit Mudathir，岩楯兼尚，市川優寛，齋藤 清
  • Journal Title: 脳卒中の外科 Volume: －
  • NAID: 130007883890
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 手術用レーザー光源と蛍光血管撮影システムの開発と臨床応用 (2019)
  • Author(s): 佐藤 拓, 齋藤 清
  • Journal Title: 福島医学雑誌 Volume: 69 Pages: 115-120
  • NAID: 40022013548
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 顕微鏡用レーザー光を用いた2次元レーザー組織血流計による術中脳血流測定の試み (2021)
  • Author(s): 菊田春彦、佐藤 拓、蛭田 亮、黒見 洋介、伊藤裕平、小島隆生、佐久間潤、鈴木恭一、齋藤 清
  • Organizer: 第50回日本脳卒中の外科学会学術集会
• [Presentation] レーザー光源とレーザー組織血流計を同時に搭載した顕微鏡による脳組織血流測定の試み (2020)
  • Author(s): 菊田春彦、蛭田 亮、佐藤 拓,、黒見 洋介、小島隆生,、藤井正純、佐久間潤、鈴木恭一、齋藤 清
  • Organizer: 一般社団法人日本脳神経外科学会第79回学術総会
• [Presentation] Utility of a novel surgical microscope laser light source and its application with integrated dual-image videoangiography (DIVA) (2019)
  • Author(s): Sakuma J, Sato T, Suzuki K, M.S. Bakhit,, Fujii M, Kanno T, Saito K
  • Organizer: The 14th Korea-Japan Joint Conference on Surgery for Cerebral Stroke
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intraoperative fluorescence cerebral angiography by laser surgical microscopy: simultaneous observation of cerebral blood flow and surrounding structures (2019)
  • Author(s): Ito Y, Suzuki K, Sato T, Ikeda T, Saito K, Kurita H
  • Organizer: Asia Pacific Stroke Conference 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 神経内視鏡用の光源としてのレーザー光の臨床応用 (2019)
  • Author(s): 佐藤 拓, 神宮字伸哉, 佐藤祐介, 岸田悠吾, 渡邉 督, 佐久間 潤, 齋藤 清
  • Organizer: 第26回日本神経内視鏡学会
• [Presentation] 脳表組織血流量測定の試み:蛍光脳血管撮影所見との比較検討 (2019)
  • Author(s): 佐々木裕哉, 長井健一郎, 市川 剛, 鈴木恭一, 渡部洋一, 菊田春彦, 伊藤裕平, 佐藤 拓, 佐久間 潤, 齋藤 清
  • Organizer: 一般社団法人日本脳神経外科学会第78回学術総会
• [Book] Video Atlas of Intraoperative Applications of near infrared fluorescence imaging (2020)
  • Author(s): Sato Taku、Suzuki Kyouichi、Sakuma Jun、Saito Kiyoshi
  • Publisher: Springer