2022 Fiscal Year Research-status Report

2-Dimensional fibrin aggregation imaging using birefringence phase difference

Research Project

Project/Area Number	20K12635
Research Institution	National Institute of Technology(KOSEN),Numazu College
Principal Investigator	横山直幸沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 准教授 (90710591)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	血液 / フィブリン / 複屈折 / 凝固因子 / 人工心肺
Outline of Annual Research Achievements	肺不全や心臓手術を受ける患者に対して機械的に循環や血液酸素化の補助を行う医療行為を機械的補助循環と呼ぶが、このとき、人工物との接触、機械的なせん断力が負荷されること、などが原因で血液は凝固カスケード（連続反応）へと至る。凝固した血液＝血栓（微小血栓）は患者体内で血管梗塞を起こし、人工肺やフィルタの目詰まりの原因となるため、血液に抗凝固薬を注入することで凝固を阻害する。ここで、抗凝固は多量出血とのトレードオフとなるため、侵襲が大きい術式においてはできるだけ早期に凝固の兆しを検知し、最小限の抗凝固薬による凝固抑制にとどめることが求められる。しかし、肉眼で確認できるのはフィブリンが凝集塊となった状態（実際には凝集塊に赤血球や白血球、血小板などの血液細胞が混在している状態＝血栓）であり、それよりも前の反応についてはサイズの限界により可視光で検知することが難しい。そこで本研究では、複屈折（＝異方性物質が光振動軸に対して異なる屈折を示す現象）を計測原理としてフィブリンの凝集（血栓の前駆段階）を検知するとともに、血栓の目視にあたる可視光の吸光現象との時間的差異を定量し、その時間差とここの血液が有する凝固因子の濃度との関係を明らかとし、臨床における抗凝固療法のプロトコールを高精度にすることを目的とした。現時点で、2つの光軸：①円偏光を透過して複屈折位相差を計測②レーザ光を透過して吸光度を計測、を同一の血漿検体（全血液から血液細胞を除去したもの）に対して直行する形で透過する実験システムを完成させ、異なる凝固因子濃度を持つ豚血液に対して「吸光開始時間－複屈折開始時間」「複屈折位相差の周期」「吸光度の傾き」などの実験データを取得している。これらの結果といくつかの凝固因子濃度とを重回帰分析することで、前述の研究目的を実現する予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究で用いている試料（豚血液）は、食肉処理場にて抗凝固処理（クエン酸ナトリウム添加）し、冷蔵便にて実験室へ搬入している。このとき、「採血方法」「抗凝固の精度」「輸送の条件」とともに動物個々の健康状態にバラつきが大きく、実験室にて行う抗凝固解除における条件の再現性が低いことが問題となっている。（塩化カルシウムを添加しても凝固しない血液が存在）現在、食肉処理場と相談して抗凝固処理の精度向上を検討しているが、別途、抗凝固状態を判定（クエン酸ナトリウム濃度の滴定）する手段を検討している。
Strategy for Future Research Activity	所属組織の専攻科学生を研究補助として、クエン酸ナトリウム濃度の滴定法を検討するとともに、入手した血液に対して複数濃度の塩化カルシウムを添加する形で実験的に抗凝固濃度を推定することも行っている。いずれにしても、実験データの積み上げが必須の研究テーマであるため、引き続きｎ数を増やして、回帰分析へとつなげていく予定である。なお、半導体を用いた光計測機の入手が困難で時間を要した点については、現時点で解消しており、血液検体の入手に対して新型コロナ感染症の影響は少ない。ただし、研究助言を依頼している医療関係者については、現時点でも協働することができていないため、今後の情勢を見極めて進めていきたい。
Causes of Carryover	半導体不足の影響で追加および故障した光学機器の入手が遅れた。このため、実際に血液検体に必要となる物品費、および、外部の検査会社による血液の凝固因子検査にかかる物品費を使用していない。さらに、実験結果が不足しているため、研究成果報告にかかる旅費などは使用していない。今年度は実験数を増やして、研究成果のまとめと報告に進めていきたい。