2021 Fiscal Year Research-status Report

Development of transcutaneous optical measurement of blood particulate concentration for non-invasive monitoring of blood components

Research Project

Project/Area Number	20K12685
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	加藤祐次北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (50261582)
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) 橋本守北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (70237949) 松村健太富山大学, 学術研究部医学系, 講師 (30510383)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	血中中性脂肪濃度 / 後方散乱光 / 空間分解計測 / 無侵襲 / モンテカルロ・シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements	本研究の大きな目標である、血中中性脂肪濃度の無侵襲光学計測の実現のため、計測手法は生体透過性の高い可視から近赤外の波長領域での後方散乱光の空間分解計測を基礎としている。前年度、計測対象の一つとしている前腕部静脈の数値モデルに対するモンテカルロ・シミュレーションにより、血管走行状態による後方散乱光強度を求め、静脈血中中性脂肪濃度に対する感度特性の評価を行った。前年度までは、光源と検出器の距離と静脈の形状や生体内の位置に応じて後方散乱光強度への影響が異なることが分かったため、分光学的に短波長での静脈の形状・位置の推定結果を元に、血中中性脂肪濃度構成法の検討を進めた。その結果、静脈の形状・位置に応じて、光源と検出器の距離を調整する必要性を明らかとなった。一方、毛細血管を対象とした光電式脈波計測法の応用について、スマートフォンアプリおよび多色のLEDとPDからなる計測モジュールの準備を行った。光電式脈波計測法を脂質濃度計測に応用するためには、光電式脈波の絶対値が重要であるため接触圧力による影響の除去のため、圧力コントロールの検討を進めた。また、簡易テストとして実際の摂食前後の脂質計測実験についても取り組んだ。まだ、サンプル数は少ないため結論は得られていないが、引き続き継続していく。さらに、メディカルフォトニクス社の協力により試作機を用いて、ファントム実験的検証のための実験ファントムの準備がほぼ完了した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 申請時のロードマップでは、2021年度では「II.近赤外吸収分光技術の組み込み」の全期と「III. 毛細血管を対象とした光電式脈波計測法の応用」と「IV. ヒトを対象とした臨床試験による評価」の半期に相当するが、シミュレーション以外の機器開発等について実機での共同研究者間の検討がオンラインが中心であったため進捗に影響があり、やや遅れた状況であった。
Strategy for Future Research Activity	今後の研究の推進方策としては、進捗の遅れを考慮しつつ申請時のロードマップにできる限り沿って行う。詳細は以下の通りである。 II.II. 分光手法による散乱係数計測の較正法の構築ーシミュレーションについては研究実績の概要で述べた結果を基に較正法の検討を行う。実験については、構築した実験ファントムについて現有の近赤外の波長可変レーザ、光検出器をそのまま利用、またはメディカルフォトニクス社の製品または試作機を利用し、必要であれば専用機の開発も行い、実験的評価を進める。専用機の開発の場合は消耗品としてLED、PD、電子部品等を準備する。 III. 容積脈波信号と血中脂肪濃度の関係の評価ー開発したスマーフォンアプリやモジュールを用い、実際の評価を進める。 IV. ヒトを対象とした脂肪負荷試験による本技術の評価ーメディカルフォトニクス社の製品または試作機、スマートフォン等での臨床データ取得のため、現在簡易テストとして行っている摂食前後の簡易テストを正式な脂肪負荷試験として検討を進めていく。 V. 非線形ラマン顕微鏡による血中脂肪粒径・濃度サンプル検査ー実際の血中脂肪の粒径等の詳細を評価するため、脂質を特異的に観察できる非線形ラマン顕微鏡により採血した血液のサンプル検査技術の確立を行う。
Causes of Carryover	昨年度の使用額も申請時より下回った理由は、コロナ感染対策のため旅費と人件費・謝金をほとんど使用しなかったことと、コストの観点からシミュレーション環境として計算機センター専用サーバを選択したことと物品費の効率的な利用ができたためある。今年度以降は、実験関係の研究を重点化するため、申請時に比べ計測用PCやファントム用薬品等の実験用物品に重きを置いて執行する予定である。