2017 Fiscal Year Research-status Report
透析患者の負担軽減を目指した光による無侵襲血管イメージングシステムの構築
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17K01418
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| Research Institution | Hokkaido University of Science |
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Principal Investigator |
北間 正崇 北海道科学大学, 保健医療学部, 教授 (50285516)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 孝一 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授(任期付) (30125322)
加藤 祐次 北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (50261582)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光透視 / 光散乱 / 光拡散 / 医用画像 / 透析 / シャントトラブル / 内シャント / 血管透視 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工透析時に必要な内シャントは，頻回の穿刺等が原因で狭窄や閉塞などの血管異常が多く発生することから，日々の管理による早期診断が重要となる．血管異常の初期発見精度は担当者の経験に左右され，安定した血管状態検出による患者負荷の低減が望まれる．これに対し本研究では，申請者らが確立した拡散光利用による内シャント構造の描出技術を推し進め，これまでX 線造影が主流であった経皮的血管形成術（PTA）の施術判断を観察者の経験によらず，無侵襲かつ簡易なシステムで実現し臨床医療に貢献できるだけの学術的知見を得ることを目的とする．本年度は，前腕部血管構造を模擬した評価ファントムを作製し，以下の項目について実験的検証を行った．
１．高空間分解能イメージングを実現すべく，前腕部構造を想定した新たなPSF (点拡がり関数)を構築しファントムによる定量的評価にてその有用性を示した．前腕部に造設される内シャントの光透視を行う際には光学パラメータが異なる部位が層状に存在するために各層に対応したPSFを設計し，段階的に適用することで，従来よりも空間分解能の高い光透視像を得ることができた．
２．血管形状に加えて性状を反映したイメージングを実現するために，狭窄形成の主要因とされる脂質や石灰質など血管包含物質の分光・伝播特性に基づき，最適計測条件を検討すると共に計測システムの構築を試みた．過去の研究では，複数波長を用いることで血管壁の光学特性を模した平板状試料にて性状評価の可能性を示してきた．その結果を基に本研究では新たに2波長光源による前腕部血管計測システムを構築した．前腕部ファントムの計測結果から，光源波長の違いによる性状の描出だけではなく，血液部の分光学的特徴から血管部の空間分解能が向上することも明らかとなった．
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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
研究実施計画に従い，段階的PSFの適用による空間分解能の更なる向上の検討を行っており，概ね当初の計画どおりに進展している．PSFを内シャント部の光透視に適用できるよう，計測部位の構造に合わせて段階的に適用する方法を提案し，前腕部ファントムを対象に適用することで従来の光透視像と比較して空間分解能の向上を示すことができた．一方で，血管包含物質の光学的特性の理論検討について，実測を優先させているために当初の計画から遅れが見られる．
また，次年度に計画されていた，より詳細な生体模擬試料の作製については，従来の前腕部ファントムよりも精度の高い血管構造を模擬した試料を作製する方法を確立するとともに，狭窄状態も反映させることができた．これにより研究の一部を計画よりも先行して行うことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果を受けて，今後は以下の項目について研究を推進することで光による無侵襲血管イメージングシステムの構築を目指す。なお研究計画に大きな変更はない．
・血管像の取得に加えて狭窄の描出，また狭窄の進行状態を透視像から抽出する具体的方法の検討
・臨床現場での利用に向けたシステムのダウンサイジングと実際の前腕部の計測
・透析患者を対象とした計測と取得画像の評価および記録法の検討
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| Causes of Carryover |
本年度に予定していた多波長同時計測機構の構築において，基本的な計測システムを構築することができた．その一方で，臨床現場で要求される即応性を意識した画像処理システムの高速化については，アルゴリズム，プログラムの構築と最適機器の選定までが進んでいる．そのために使用予定であった消耗品（光学部品類，機構部員類，電子部品類，記録材料類，ファントム材料）の支出が一部しかできていない．そのために今年度の研究費の一部を次年度に繰り越すこととなった．次年度予定の複数波長LDおよび駆動装置の導入に合わせて処理システムの高速化を実現し，当初の計画に沿った研究を遂行する予定である．
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