Development of a method for quantitatively evaluating the flow of individual lymphatic vessels by photoacoustic imaging

• Project/Area Number: 19K18932
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56070:Plastic and reconstructive surgery-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Takemaru Masashi 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (80748749)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: リンパ浮腫

Outline of Research at the Start

光音響イメージングとは、非侵襲的に微細な血管・リンパ管の3次元画像が得られる、新たな画像診断技術である。従来の画像検査では定性的な評価はできたが、リンパ液の流量は分からなかった。光音響イメージングでは、1本1本のリンパ管の径や流速の測定が可能である。径と流速の値からは、リンパの「体積流量」を導き出すことができる。
本研究では、光音響イメージングによるファントム試験、臨床試験をおこない、リンパ流を記録する。そして体積流量を算出することで、リンパ液の流量を定量的に評価できる。はじめての指標としての妥当性と有用性を検証する。

Outline of Final Research Achievements

Aiming at quantitative evaluation of lymphatic flow by photoacoustic imaging, we conducted a phantom test in which lymphatic vessels were reproduced with a silicon tube, and clinical trial of humans. In the phantom test, when the line image of the lumen was observed three-dimensionally, the cross section was often depicted in an arc shape instead of a circle shape. In imaging of humans, intermittent lymphatic flow in the collecting lymphatic vessels was observed in healthy subjects, and at that moment, the flow rate could be calculated. However, the values varied widely among lymphatic flows of the same lymphatic vessels; lymphatic vessels of the same subject; and subjects. The reproducibility of calculated values among measurers was so poor that they were not able to be used immediately as an index of lymphatic vessel function.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、四肢のリンパ浮腫に対する外科的治療であるリンパ管細静脈吻合術において、より吻合に適する平滑筋の機能が十分に残存したリンパ管を同定するため、その機能を流量の指標で定量評価することを目指した。本研究を通じて1本1本のリンパ管の瞬間的な体積流量を算出することは可能であったが、リンパの流れには変動が大きく、流れ方に影響しうる条件も多様であり、計測のタイミングによって体積流量の値には大きなバラつきがあった。本指標をそのままリンパ管の機能を表すことは困難であるが、1本のリンパ管におけるリンパ流の状況を瞬間的にでも定量的に示したことには、学術的な意義があったものと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Correlations between Tracer Injection Sites and Lymphatic Pathways in the Leg: A Near-Infrared Fluorescence Lymphography Study (2020)
  • Author(s): Kajita Hiroki、Suzuki Yushi、Takatsume Yoshifumi、Oh Anna、Takemaru Masashi、Watanabe Shiho、Imanishi Nobuaki、Jinzaki Masahiro、Aiso Sadakazu、Kishi Kazuo
  • Journal Title: Plastic & Reconstructive Surgery Volume: 146 Issue: 2 Pages: 234e-235e
  • DOI: 10.1097/prs.0000000000007012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photoacoustic lymphangiography (2020)
  • Author(s): Kajita Hiroki、Oh Anna、Urano Moemi、Takemaru Masashi、Imanishi Nobuaki、Otaki Marika、Yagi Takayuki、Aiso Sadakazu、Kishi Kazuo
  • Journal Title: Journal of Surgical Oncology Volume: 121 Issue: 1 Pages: 48-50
  • DOI: 10.1002/jso.25575
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 光超音波で見る加齢によるリンパ流の変化 (2020)
  • Author(s): 鈴木 悠史, 梶田 大樹, 呉 アンナ, 竹丸 雅志, 辻 哲也, 今西 宣晶, 相磯 貞和, 貴志 和生
  • Organizer: 第63回日本形成外科学会総会・学術集会
• [Presentation] インドシアニングリーン造影による光超音波リンパ流イメージング (2020)
  • Author(s): 鈴木悠史, 梶田大樹, 呉アンナ, 竹丸雅志, 岡部圭介, 今西宣晶, 浅尾恭史, 八木隆行, 相磯貞和, 貴志和生
  • Organizer: 日本蛍光ガイド手術研究会 第3回学術集会
• [Presentation] Visualization of Spatial Relationship between Lymphatic Vessels and Veins Using an Original MIP (maximum intensity projection) Viewer for Photoacoustic Tomography (2020)
  • Author(s): Riku Katayama, Hiroki Kajita, Yushi Suzuki, Shiho Watanabe, Keisuke Okabe, Masashi Takemaru, Hiroyuki Sekiguchi, Nobuaki Imanishi, Yoshifumi Takatsume, Yasufumi Asao, Takayuki Yagi, Sadakazu Aiso, Kazuo Kishi
  • Organizer: 11th Annual Meeting of The World Society for Simulation Surgery (WSSS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光超音波イメージングで得られるリンパ管画像の実際 (2019)
  • Author(s): 梶田 大樹, 呉 アンナ, 今西 宣晶, 鈴木 悠史, 竹丸 雅志, 岡部 圭介, 佐久間 恒, 渡部 紫秀, 辻 哲也, 関口 博之, 浅尾 恭史, 八木 隆行, 陣崎 雅弘, 相磯 貞和, 貴志 和生
  • Organizer: 第4回日本リンパ浮腫治療学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] 光超音波で見る下肢のリンパ管・細静脈の加齢による変化 (2019)
  • Author(s): 梶田 大樹, 鈴木 悠史, 竹丸 雅志, 今西 宣晶, 陣崎 雅弘, 相磯 貞和, 貴志 和生
  • Organizer: 第8回加齢画像研究会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Photoacoustic Lymphangiography: The Promising Imaging Modality for Lymphatic Vessels (2019)
  • Author(s): Hiroki Kajita, Anna Oh, Yushi Suzuki, Nobuaki Imanishi, Masashi Takemaru, Marika Otaki, Hisashi Sakuma, Tetsuya Tsuji, Hiroyuki Sekiguchi, Yasufumi Asao, Masahiro Jinzaki, Takayuki Yagi, Sadakazu Aiso, Kazuo Kishi
  • Organizer: RSNA 2019
  • Int'l Joint Research