2018 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement and evaluation of blood oxygenation measurement system based on photoacoustic technique
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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、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 助教 (60583086)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光音響イメージング / 血液酸素飽和度 / 光超音波 / マルチスペクトル / 分光計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
血液中のヘモグロビンを高コントラストかつ高空間分解能に描出可能な光音響イメージングにより，体表面から10-20 mmの進度を走行する血液内の血液酸素飽和度を計測する技術を開発することを目的としている。本研究では，血液中のヘモグロビンを高感度に検出するための広帯域超音波探触子を含む光音響イメージング装置の開発，広帯域超音波探触子で検出した光音響信号から血液酸素飽和度を求めるための信号処理法の検討，及び血液酸素飽和度計測の精度を評価するための動物実験系を確立することを目的とした。前年度までに，広帯域超音波探触子で受信した光音響信号と，吸光度との関係についてシミュレーション及び実験により確認した。この結果，信号の振幅と波形の両方から吸光度に関する情報を得られることを見出した。
最終年度は，血管径を変えた条件でのシミュレーションにより，血管径ごとに波形法と振幅法のどちらで高精度に吸光度を求められるかを検討し，ファントム実験結果と比較した。さらに，研究代表者らが構築した光音響イメージング装置を動物実験に適用できるように改良した上で動物実験に適用し，血液ガス分析の結果と対比する実験を実施した。
シミュレーション及び実験の結果，光音響信号波形を分析することにより吸光度を算出する波形法は，吸光度の関数である光減衰係数によって決まる光進達長と比較して，血管径が十分に大きい条件で適用可能なことを明らかにした。次に，ウサギの体表面から8 mm程度の深度を走行する鎖骨下動脈内の血液の酸素飽和度を経皮的に計測した。励起光波長を変えて観測した光音響信号から，その信号強度を基に血液酸素飽和度を計測し，その計測値と採血による計測値を比較した結果，振幅法によりウサギの生理状態の変化に由来する血液酸素飽和度変化を反映するデータを取得可能であった。
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