Development of an intraoperative diagnosis for Hirschsprung's disease using optical biopsy technology

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K08781
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55020:Digestive surgery-related
• Research Institution: Oita University
• Principal Investigator: Ogawa Katsuhiro 大分大学, 医学部, 病院特任助教 (40733621)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 猪股 雅史 大分大学, 医学部, 教授 (60315330) ; 衛藤 剛 大分大学, 医学部, 准教授 (00404369) ; 家入 里志 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (00363359) ; 大嶋 佑介 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (10586639) ; 大西 峻 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 特任助教 (10614638)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ヒルシュスプルング病 / ラマン分光法 / 畳み込みニューラルネットワーク

Outline of Final Research Achievements

In order to reliably and objectively determine the extent of the ganglion-free intestine, we developed a compact Raman spectroscopy system that can be carried into the operating room, and measured Raman spectra of the mucosal epithelium of the ganglion-free intestine in three cases of Hirschsprung's disease. Neural networks and decision tree algorithms were applied to the spectral data to evaluate the discrimination performance of the lesions. Morphological and histological analysis of the mucosal epithelium of the ganglion-free intestine was also performed using two-photon fluorescence microscopy. As a result, in all three cases, the combination of Raman spectroscopy and machine learning successfully discriminated lesions from normal areas in the same patient with an accuracy of more than 90%.

Free Research Field

小児外科

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ヒルシュスプルング病（H病）は、腸管壁内神経叢の先天的欠如が原因となる小児の代表的な消化管機能異常疾患である。無神経節腸管の切除が必要であるが、術中迅速病理診断をもってしても100％ではなく、無神経節腸管の残存が引き起こす腸炎や排便障害による再手術が問題となる。近年、物質に光を照射した際の分子の振動情報により分子構造を解析するラマン分光法が生体内でのリアルタイムモニタリングとして応用されており、術中迅速病理診断に代わる新たな診断方法として注目されている。本研究はH病手術において、ラマン分光法を用いた無神経節腸管範囲を非侵襲的かつリアルタイムに同定する新たな術中診断法の開発に寄与する。