Development of next-generation compact ERG device that is minimally invasive, low noise, short time-consuming, and automated diagnosis
| Project/Area Number |
22K09788
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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 56060:Ophthalmology-related
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
近藤 峰生 三重大学, 医学系研究科, 教授 (80303642)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 昌彦 三重大学, 医学部附属病院, 講師 (00422874)
生杉 謙吾 三重大学, 医学系研究科, 准教授 (10335135)
松原 央 三重大学, 医学部附属病院, 講師 (20378409)
加藤 久美子 三重大学, 医学部附属病院, 助教 (50642071)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 網膜電図 / 無散瞳 / 自然瞳孔 / 皮膚電極 / 小型化 / Stiles-Crawford効果 / 低侵襲化 / 自動診断 |
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| Outline of Research at the Start |
今回の研究の目的は、低侵襲化、短時間化、低ノイズ化、自動診断化を備えた次世代のERG装置の開発を推進することである。まず、あらゆる瞳孔面積に対してERG変化が最も小さいStiles-Crawford係数決定する。次に、小型ゴーグルを装着して、５分程度の短時間暗順応によるERG記録が可能かどうかを研究する。この結果は国際ERG標準化委員会で評価し、標準記録方法の１つとして検討する予定である。さらに、直流増幅と左右差し引きによるERGの低ノイズ化への試みを行う。最後に、遺伝性網膜疾患の診断に人工知能を用い、ERG波形および画像を組み合わせて自動診断を行うための基礎研究を実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ERG検査の短時間化、低侵襲化を推進するにあたっては、無散瞳（自然瞳孔）でERGを記録する刺激系を確立する必要がある。これには、患者の瞳孔面積（mm2）をリアルタイムに測定し、それに応じて眼内に照射する光量（cd/m2）を変化させて刺激照度（Td-s）を常に一定に保たせるシステムが必要になる。実際にこの刺激システムは既存の装置で確立されているが、あらゆる瞳孔面積に対して同じERGが記録できるかどうかを我々が研究した結果、刺激照度（Td-s）を常に一定にして刺激をしたとしても同じERGが記録できるわけではなく、その理由はStiles-Crawford効果を考慮していないことであることを見出した（Kato, Kondo, et al. IOVS. 2015)。これらの結果により、我々は無散瞳でERGを記録する装置にはStiles-Crawford効果の係数で補正する必要があるという仮説を立てた。
そこで今回の研究では、無散瞳でERGを記録する際に、眼内刺激照度（Td-s）を一定にするだけでなく、Stiles-Crawford効果の係数で補正することによって、あらゆる瞳孔面積に対して同じERGが記録できるかどうかを多数の正常者のデータを解析して研究した。実際の実験では、正常者に対して散瞳剤を点眼し、徐々に瞳孔面積が増大する過程で3分おきに瞳孔面積（mm2）を測定し、その瞳孔面積に応じて一定の網膜照度（Td-s）でフリッカーERGを記録し、波形の潜時と振幅を測定した。この状態で、以下のStiles-Crawford係数を0から0.12まで変化させてフリッカーERGの波形変化を研究した。その結果、係数が0.085程度において、瞳孔が変化してもERGの波形変化が最も小さいことがわかった。
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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
現時点では、おおむね予定通りに研究が進んでいる。今回の結果をもとに、さらに様々な年齢の正常者に同様の実験することにより、各年代において自然瞳孔（無散瞳）ERG検査の最適のStiles-Crawford係数を決定したい。さらに、ソフトコンタクトレンズによる人工瞳孔（瞳孔径 , 2 - 10mm）を用いて、この係数の最適性をより厳密に検証し、さらに瞳孔の色による影響も検討したいと考えている。
申請者は、これまでもERG検査の低侵襲化に関する研究を行い、中でも従来のコンタクトレンズ装着によるERGではなく皮膚電極によるERG装置を推進し、ノイズの多い皮膚電極であってもノイズを最大限に低減させる工夫に関する研究を行ってきた（Yamashita, et al. Int Ophthalmol. 2017など）。その主な動機は、小児からでもなるべく低侵襲にERGを記録したいという理由からであった。このような中、2020年に新型コロナウイルスが世界中で流行した。これにより、狭い密室で20分以上患者に暗順応させた後に、角膜に接触するコンタクトレンズ型電極を使用して記録する従来のERG検査は、国際的にも敬遠される傾向となった。国際臨床視覚電気生理学会（ISCEV）によるアンケートでも、新型コロナウイルスが流行した後でERG検査が施行しにくくなったと答えた研究者は70%を超えていた。申請者は、たとえ新型コロナウイルスが終息したとしても、その後の眼科検査において従来のERGの方法がそのまま用いられるのは難しいと考えた。そのため、ERG検査（装置）の低侵襲化、無散瞳化、短時間化、低ノイズ化、は、眼科臨床における喫緊の国際的課題であると考えている。このような経緯で開始された研究であるが、現時点では概ね目的に沿って研究成果が得られていると自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究としては、ERG検査にこれまで必修とされてきた密室による20分以上の暗順応負担を軽減する目的で、色調可変ゴーグルを使用する。まずゴーグル色を暗黒色とし、5-15分間の暗順応を行う。その後に下眼瞼縁7 mmの位置に粘着性皮膚電極を貼り、杆体応答と最大応答を記録する。このゴーグルのドーム内にLEDによる刺激を作成し、また中央部に赤外線カメラによる瞳孔計を搭載して刺激直前の瞳孔面積（mm2）を計測し、瞳孔面積に応じて一定の刺激照度（Td-s）となるように刺激光を変化させる。さらに最適Stiles-Crawford効果係数を加味して最終の刺激強度（cd/m2）を決定する。この装置で多数の正常者よりERGを記録し、また5分程度の短い暗順応により杆体機能が十分評価できるかどうかを、正常者だけでなく杆体系が障害される網膜疾患患者のデータをもとに検討する。皮膚電極によるERGに含まれる応答のノイズを最小限にするため、今回の研究ではアナログフロントエンドを用いて直流のまま信号を必要に応じて増幅して（4-6倍程度増幅を想定）反応を測定する予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(27 results)
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[Journal Article] A Japanese boy with Bardet-Biedl syndrome caused by a novel homozygous variant in the ARL6 gene who was initially diagnosed with retinitis punctata albescens: A case report2022
Author(s)
Keitaro Mizumoto, Kumiko Kato, Kaoru Fujinami, Tadasu Sugita, Iichiro Sugita, Ayako Hattori, Shinji Saitoh, Shinji Ueno, Kazushige Tsunoda, Takeshi Iwata, Mineo Kondo
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Journal Title
Medicine (Baltimore)
Volume: -
Issue: 50
Pages: e32161-e32161
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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