2016 Fiscal Year Research-status Report
光音響技術を用いた血液酸素飽和度分布画像化装置の高精度化及び性能評価
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16K16413
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| Research Institution | National Defense Medical College |
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Principal Investigator |
平沢 壮 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究, 医学教育部医学科専門課程, 助教 (60583086)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 血液酸素飽和度 / 光音響 / 光超音波 / マルチスペクトル / 周波数解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，血液中のヘモグロビンを高コントラストかつ高分解能に描出できる光音響イメージング技術を用いて，生体表面から10-20 mmの深度を走行する血管内の血液酸素飽和度を計測する技術を開発することである。本研究では，申請者がこれまでに開発してきた光音響画像化技術を用いた血液酸素飽和度計測法を改良し，光減衰及び音響減衰の大きい生体内に適用可能とすることで，局所血管の血液酸素飽和度を非侵襲的かつ経時的に計測する技術を実現する。
申請者は本研究計画開始前までに，光音響信号の波形を基に血液の吸光度を計測する手法（波形法）を提案している。本法は，光減衰などの光学的な誤差要因に直接的に影響されない利点を有するが，音響減衰等の音響学的な誤差要因に影響される問題があった。そこで，本年度は，光音響信号の波形に影響を与えると考えられるパラメータ(血管径，血液濃度，光波長)を変化させた条件において，3次元モンテカルロ法による光伝播解析と，光音響信号伝播解析をと組み合わせたシミュレーションを行い，光波長に対して独立な音響的要因を排除する演算を適用することについて検討した。併せて，生体深部からの信号を感度良く受信するために，広帯域超音波探触子による受信信号の増幅方法を改良することを試行・評価し，従前のセンサと比較して低ノイズ・高感度化が可能なことを実証した。
上記と並行し，血液酸素飽和度精度評価のための動物実験を実施し，波形法の比較対象となる振幅法の精度を評価した。さらに，光音響イメージング装置の改良に関する検討を実施している。
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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，波形法による吸光度算出法改良の検討及び，ハードウェアの改良を実施した。波形法の改良について，シミュレーションを用いて効率的に検討を進められており，順調に進捗している。ハードウェアの改良については，広帯域超音波探触子で受信した信号の増幅方式について検討することにより，高性能化可能なことを実証した。次年度以降に改良したハードウェアで取得した実験データとシミュレーションとの対比を実施可能であると見込んでいる。加えて，血液酸素飽和度精度評価のための動物実験を開始し，動物実験に移行した際の問題点の対策及び，波形法の比較対象となる振幅法の精度ができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の試作結果を基に，広帯域超音波探触子の改良を行う。次に，改良したハードウェアを用いてファントム実験を行い，前年度に実施したシミュレーションで得られた知見について実験的に実証することで，波形法の改良を行う。さらに，改良した波形法を用いた血液酸素飽和度計測精度について，動物から採血した血液を用いたファントム実験により検証する。
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| Causes of Carryover |
当初の計画において，血液の酸素飽和度を計測するヘモキシメトリック分析装置を購入する予定であったが，既存装置で代替することとしたため購入しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に実施するファントム実験及び動物実験において，既存装置において消耗品として必要となる血液ガス計測装置用カードリッジを購入する。また，広帯域超音波探触子の改良に伴う消耗品を購入する。
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Research Products
(3 results)
