非接触測定による内シャント血流評価と狭窄部位推定に関する研究
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22K18190
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Jikei University of Health Care Sciences |
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Principal Investigator |
島崎 拓則 滋慶医療科学大学, 医療科学部, 准教授 (80833722)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 非接触 / 血液透析 / 内シャント / AVF / 狭窄 / 非接触測定 / 血液透析療法 |
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| Outline of Research at the Start |
血液透析療法は、血液を体外に循環させてダイアライザと呼ばれる浄化器により腎臓の機能を代行する治療法である。血液を体外循環させるために、外科手術で作られた内シャントと呼ばれる特殊な血管が広く用いられている。しかし、内シャントは狭窄しやすいため、治療前後に聴診器を用いた聴診法で血流チェックが行われている。この方法は簡便であるが、定性的判定しかできず、取得したデータは共有できない。さらに、聴診器の当て方や測定者によって判断が異なり、聴診器を皮膚にあてるため、接触感染に注意が必要となる。
我々はカメラを用いて非接触かつ非侵襲で内シャントの脈波波形を測定し、定量的評価および狭窄の早期発見をおこなう。
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| Outline of Annual Research Achievements |
血液透析療法は、体外循環に必要な血液流量を得るために、内シャントと呼ばれる特殊な血管が前腕につくられる。これにより安定した治療が可能となるが、狭窄しやすい血管であるため、治療前に聴診法や触診法による簡易チェックが行われている。この方法は、「再現性に乏しい」「定性値である」「情報を共有することが困難である」「接触感染に配慮する必要がある」などの既存課題がある。
本研究は、光を内シャントに向けて照射し、その輝度変化をカメラで連続撮像することで、内シャントの脈波波形を得る。これにより既存課題の解決と、内シャントの狭窄検知技術を確立し、透析医療のさらなる向上を目指す。
これら目標を達成する解法として、本年度は、①非接触測定装置のCCDカメラとマイコンの選定と開発。②赤色光、緑色光および、青色光のうち最適な光源の決定。③偏向板と加算平均法を併用することによる乱反射やハレーション防止技術の確立。④内シャント脈波とノイズによるSNRと、スリル波とノイズによるSNRによる定量化。⑤SNRと教師あり機械学習による狭窄の推定。⑥内シャントの立体表示。⑦表示輝度－色変換による血流方向の可視化。⑧内シャントの基準範囲の暫定的決定。を行った。
今後は、さらに基礎検討を行うとともに、、医師をはじめ、コメディカル、医療器メーカ、患者さんの意見を取り入れて、筐体の軽量・小型化および無線技術を活用し臨床で活用できる実用性を視野に入れて研究を進めていく。
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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
本年度は、リング型光源とCCDカメラを組み合わせた非接触測定装置を開発した。ステレオフォトメトリック法による内シャントの立体表示と、輝度－色変換を行いカラーマッピング処理をおこなったところ、吻合部から穿刺部にかけて流れる血流の可視化が確認された。光源を赤色光、緑色光および、青色光のうち最適な光源は青色光であることが明らかになり、受光信号は輝度、色度および、彩度のうち、輝度が有効であることが確認できた。乱反射とハレーション対策は、移動平均法を用いることで内シャントの脈波波形を高いSNR（Sigal-to-Roise Ratio）得ることができることが明らかになった。さらに、正常と狭窄内シャントを教師データとした機械学習を用い、SNRを用いて定量値の評価をおこない、真陽性率＝0.92、偽陰性率=0.23および、Area Under Curve = 0.94となった。
国内会議では最優秀賞を授与し、国際会議1件の発表を行った。
以上より、本年度の研究達成すべき目標について概ね達成できており、本研究課題に対する研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
内シャントの基準範囲が臨床で利用可能な精度となるように被験者データをさらに増やす予定である。また、狭窄は前腕から上腕にかけてあらゆる箇所に起こり得るが、前年度の技術では狭窄の有無だけしか分からず、その部位の特定は難しかった。前年度で行ったカラーマッピングとSNRによる機械学習アルゴリズムを組み合わせて、狭窄部位の推定アルゴリズムを確立する予定である。これら結果は、学術論文と国内外の学術会議の発表する予定である。また、医師や医療従事者の意見を伺いながら、改良を加えていく予定である。また、学術論文の投稿も予定している。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
