2019 Fiscal Year Research-status Report
レーザー光源による手術顕微鏡の新しい機能開発:脳血流量2次元表示と絶対値の測定
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19K09487
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| Research Institution | Fukushima Medical University |
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Principal Investigator |
斎藤 清 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (00240804)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 拓 福島県立医科大学, 医学部, 講師 (00404872)
佐久間 潤 福島県立医科大学, 医学部, 准教授 (60305365)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 手術顕微鏡レーザー光源 / 2次元レーザー組織血流測定装置 / 手術中脳組織血流測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
手術顕微鏡の機能がよくなり、可視光による術野の見やすさに加え、蛍光による脳血管の形態表示や残存腫瘍の描出が可能になった。しかし、術後の予期せぬ合併症はいまだに存在する。特に脳神経外科領域では、脳虚血による脳梗塞のために重大な後遺症を起こすことがある。脳虚血の危険性予知と予防には脳組織血流量の絶対値測定が必要で、術中に臨床で使用できる方法は海外を含めて報告がない。
我々は術中蛍光脳血管撮影法を開拓し、蛍光血流と可視光術野が同時に見えるカメラシステムを開発した。また、世界に先駆けて顕微鏡用のレーザー光源を作成して上市し高い評価を得ている。この光源を脳腫瘍に対する術中蛍光観察や術中フルオレセイン脳血管撮影に活用する中で、レーザー光源の持つ高い周波数特性を用いれば手術顕微鏡に新しい機能を付加できるという可能性に着想した。
開発したレーザー光源では青・緑・赤・近赤外光により可視光観察と蛍光撮影を可能にしている。本研究の目的は、手術顕微鏡に2次元レーザー組織血流測定装置を装着し、レーザー光源を用いて顕微鏡機能下に脳組織血流量の絶対値を測定することである。手術中に脳血流量の絶対値が測定できれば、脳虚血などの合併症を回避できるのみでなく、脳組織血流量変化から脳機能を評価できるなど、新しい領域への発展も期待できる
2019年度は、2次元レーザー組織血流測定装置を購入して手術顕微鏡に装着し、脳表組織血流測定の条件を設定してファントムの測定を行った。また臨床例での測定も開始した。
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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
2019年度研究経費で2次元血流画像装置（OZ-2 STDモデル、オメガウェーブ社）一式を購入し、レーザー光源を備えた手術顕微鏡に装着した。まず一定の血流を示すファントムの測定をおこなった。組織血流測定に必要な散乱光を得るために、適切なレーザー照明を赤血球に照射しなければならない。我々の開発したレーザー光源の近赤外光波長は散乱光を検出するのに適した780nmであるが、帯域がこれまで肉眼術野で用いられていたレーザー光源の帯域よりもやや広い。当初の計画では、三菱電機エンジニアリング株式会社との協力によりレーザー光帯域を狭小化することが必要と予測していた。しかし実際には、この必要はなく、我々の開発したレーザー光源で顕微鏡下に司式血流測定が可能であることが確認できた。次の課題として、レーザー光源を用いて測定した脳組織血流量には、顕微鏡の複数レンズにより一定の誤差が想定された。そこで、レーザー光源の照度、測定時の焦点距離と倍率を設定し、測定値の誤差を確認して補正し、二次元組織血流の測定が可能なことを確認した。
本研究の倫理申請（一般2019-071）承認を得て、同意を得た患者での測定を開始した。まず、通常の開頭手術で広く露出された脳表の血流を測定したところ、測定値は50 mL/min/100g前後の値を示し、再現性が確認された。また、中大脳動脈瘤のために中大脳動脈の遮断と浅側頭動脈中大脳動脈吻合を予定した手術で脳表の血流を測定したところ、中大脳動脈遮断で血流が低下し、吻合術後には回復することが実測値で示された。測定症例を積み重ねて、術中脳表血流量測定の正確性検証を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
手術中のレーザー光源による２次元脳表組織血流測定を継続する。実際の手術における脳表血流測定値の検討から脳表血流測定の有効性を解析する。多数例での測定値の分布から、実測値が正確であることを検証する。脳表の温度も同時に測定し、手術中の脳表温度変化と脳表血流測定値の関係を確認する。血管遮断および血行再建を伴う手術例での検討を続け、血管遮断時および血行再建時の血流量変化について各部位と血流変化値の関係を解析し、遮断や再建が影響する部位を同定する。
手術中に脳組織血流量の絶対値が測定でき、脳虚血などの合併症を回避できることが明らかとなったら、次のステップとして、脳の働きを脳組織血流量変化から評価できる可能性について検討する。覚醒下手術中に脳表血流量を測定し、言語機能など課題遂行にどの部分の脳が活動しているか血流量から確認できるかを解析する。また脳腫瘍摘出前後の脳血流量を解析し、術後の脳機能回復の予測が可能かを検討する。さらに、顕微鏡下で観察している脳の組織血流量を手術終了までモニターすることで、温度、光、乾燥など手術環境が脳組織血流量に与える影響を評価する。
また、我々の開発した蛍光血流と可視光術野が同時に見えるカメラシステムに、組織血流2次元画像を融合表示するシステムを開発する。モニター上に可視光／蛍光画像と組織血流2次元画像を融合表示することで、より高精度に脳血流を評価できる。顕微鏡の通常術野および蛍光血管画像に組織血流2次元画像が同時表示されることで、形態・血流・機能などの情報を確認しながら手術が可能となる。
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| Causes of Carryover |
成果発表の国内旅費を計上していたが、新型コロナウイルス感染の影響で学会が次年度に延期になった。次年度に延期になった学会で発表し、当初から予定していた次年度の学会発表、消耗品（記録メディアなど）と合わせて使用する計画である。
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