Development of an intraoperative diagnosis for Hirschsprung's disease using optical biopsy technology
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21K08781
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 55020:Digestive surgery-related
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
小川 雄大 大分大学, 医学部, 病院特任助教 (40733621)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
猪股 雅史 大分大学, 医学部, 教授 (60315330)
衛藤 剛 大分大学, 医学部, 准教授 (00404369)
家入 里志 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (00363359)
大嶋 佑介 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (10586639)
大西 峻 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 特任助教 (10614638)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | ヒルシュスプルング病 / ラマン分光法 / 光バイオプシー / 畳み込みニューラルネットワーク |
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| Outline of Research at the Start |
ヒルシュスプルング病は腸管壁内神経叢の先天的欠如が原因となる小児の消化管機能異常疾患である。ヒルシュスプルング病手術で無神経節腸管の境界確認には術中迅速病理検査を行う必要があるが、術中にその境界を明確に同定することは困難である。近年、物質にレーザー光を照射した際に分子の固有振動によって生じる散乱光の波長シフト(ラマン散乱光)を利用し細胞や組織中の分子の構造や組成を無標識で可視化できる手法（光バイオプシー）としてラマン分光法が注目されてきている。その原理に基づき神経組織を特異的かつ高感度で判別するためのラマン分光法を開発しAuerbach神経叢を術中に可視化する革新的な光診断技術の実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒルシュスプルング病（H病）は腸管壁内神経叢の先天的欠如が原因となり、腸管の蠕動障害が起こる小児の代表的な消化管機能異常疾患である。本研究は、H病根治手術における切除範囲決定のために、ラマン分光法を用いた光バイオプシーによって無神経節腸管範囲を非侵襲的かつリアルタイムに同定し、無神経節腸管の残存”0”を目指す新たな術中診断法の開発を目的としている。
令和3年度は、H病根治術で採取されたホルマリン固定標本を用いて、ラマン分光法による腸管壁内神経叢同定を行った。結果として、無神経節腸管と正常腸管の粘膜から得られたラマンスペクトルデータをAIに学習させることにより無神経節腸管と正常腸管を100%判別させることに成功した。
令和3年に引き続き、令和4年度では臨床実用化に向けた装置の性能評価および診断精度の検証を行った。方法として、手術室に小型ラマン分光器（近赤外光レーザー搭載、60倍対物レンズにて標本に光照射、同じ対物レンズにてラマン散乱光を観測）を持ち運び、切除直後の標本の正常直腸粘膜、漿膜のラマンスペクトルを網羅的に計測した。また，計測されたラマンスペクトルデータに対して、ノイズ除去処理後、主成分分析および線形判別分析を適用した。結果は正常直腸粘膜においては自家蛍光発生による背景光が極めて強く、粘膜組織に特徴的なラマンピークを検出できなかった。漿膜では付着している脂肪組織のラマンスペクトルが顕著に観測された。
ラマン分光法の臨床応用の課題として、ラマンスペクトルの測定対象とする組織の部位や形態に特有の背景光の発生によって、本来の組織由来のラマン信号の観測が妨害されることが明らかとなった。この課題を克服するため、レーザー照射・ラマン散乱光観測用デバイスの改良および内視鏡・腹腔鏡視下でのラマン分光計測法の検討を行い、生検を必要としない無侵襲な新規リアルタイム光診断法の開発へ繋げていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は3年間で臨床応用を見据えたラマン分光器搭載型腹腔鏡手術システムを確立することを目的としている。
令和4年度は、ラマン分光法の臨床応用に向けた装置の開発および性能評価を行った。実際に手術室での小型ラマン分光器の運用は当初の計画通りに進んでおり、臨床研究まで行うことができたために研究は順調に進んでいる。臨床研究では課題が見えたため、今後、その課題克服に向け研究を続ける。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は、ラマンスペクトルを測定可能なファイバー型デバイスの開発も進めていくと同時に、豚を用いた腹腔鏡手術時のラマン分光測定を計画している。これは、実際に想定している術中リアルタイム診断を行うための動物実験であり、腹腔鏡手術中に組織をラマン分光法により同定することができるかを評価するものである。令和4年度での生検体でのラマンスペクトル測定は自家蛍光の影響が強いことがわかったが、レーザー強度を5倍以上、CCD検出器感度を2倍以上として、術中に1計測あたり1分以内で可能なファイバー型デバイスをレーザー照射部に装着することにより課題克服を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
