2014 Fiscal Year Research-status Report

多波長LEDを利用した歯髄血液酸素飽和度測定による非侵襲的定量的歯髄診断法の開発

Research Project

Project/Area Number	25870201
Research Institution	Tokyo Medical and Dental University
Principal Investigator	柿野聡子東京医科歯科大学, 歯学部附属病院, 助教 (30516307)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2017-03-31
Keywords	歯髄診断 / 歯髄血液 / 酸素飽和度 / 歯髄炎 / 電気歯髄診
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、歯髄の病態を歯髄血液SO2から予測し、臨床診断へと還元する新たな歯髄診断方法の確立を最終目的としている。SO2の算出の理論式はすでに特許を取得しているが、ヒト歯髄への臨床応用に先立ち、波長等の測定条件の設定や、測定精度の検証、理論式の妥当性の評価が必要である。 SO2算出式はModified Beer-Lambert(MBL)の法則に基づいており、２段階となっている。まず異なる２つのヘモグロビン等吸収波長を用いて歯髄腔内血液濃度を算出する。次に、ヘモグロビンの等吸収波長と非等吸収波長を用いて酸素飽和度を算出する。この理論式を使用する利点は、MBLの法則の連立方程式を用いることで歯質での光減衰の項を除去できるため、個々の歯の解剖学的形態（歯髄腔の厚み、歯質の厚み）に関わらず、歯髄腔内血液濃度やSO2の測定ができることである。本研究課題の１年目では、歯の光学特性より測定波長の候補を検討し、等吸収波長として506nm、525nm、810nmが、非等吸収波長として460nm、590nm、625nmが挙げられた。２年目はこれを踏まえ、ヘモグロビン等吸収波長を用いた歯髄腔内血液濃度の算出、予測を試みた。その結果、ヘモグロビン濃度が0～5(g/dL)の範囲内において、歯髄腔内Hb濃度が予測可能であることが示唆された。今後は抜去歯サンプル数を増やし、個々の歯の違いによる影響、LED波長帯域についての検証も行う。また、次の段階として、理論式による酸素飽和度の予測も行っていく予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初の予定では、歯髄腔内血液濃度の予測を終えて酸素飽和度予測の検証へ進む予定であったが、実験室の改装工事のため、血液を使用したin vitroの実験を予定通り進めることができなかった。次年度以降は酸素飽和度の予測式の検証のため、血液循環回路を用いて血液の酸素化・脱酸素化を行い、酸素飽和度測定の実験も行っていく予定である。
Strategy for Future Research Activity	平成26年度は、ヘモグロビン等吸収波長を用いた歯髄腔内血液濃度の算出、予測を試みて、ヘモグロビン濃度が0～5(g/dL)の範囲内において、歯髄腔内Hb濃度が予測可能であることが分かった。平成27年度は血液濃度予測のための抜去歯サンプル数を増やし、個々の歯の違いによる影響を検証する。また、併せてLED波長帯域についての検証も行う。理論式に使用している歯の減衰係数μsと血液の吸収係数μbはLEDピーク波長での係数であるが、LEDは波長帯域を持つため、ピーク波長のみでは予測精度の低下が予想される。さらに、酸素飽和度予測の理論式を検証するため、血液循環回路を用いて血液の酸素化、脱酸素化を行い、血液を抜去歯歯髄腔内へ流入させ、歯と血液の光学測定を行う。本研究での歯の光学モデルは、歯の構造を２次元に簡略化しているが、実際は３次元の立体構造であるため、ヘモグロビン濃度や酸素飽和度の予測の精度によっては、Monte Carlo simulationなどを用いた光伝搬経路の解析も併せて行い、歯の光学モデルの評価も行う。
Causes of Carryover	当初の予定では血液を用いた実験を更に進める予定であったが、半年以上に渡る実験室の改装工事のため予定通り進めることができなかった。そのため、酸素飽和度測定に必要な測定装置や血液処理のための消耗品の購入、光学測定のための備品の購入が遅くなった。
Expenditure Plan for Carryover Budget	次年度は、血液の酸素濃度測定のための血液ガス分析装置及び消耗品、安定した光計測を行うための光量調節用フィルタを購入し、さらに新実験室での測定環境の整備を行う。また、研究協力者との打ち合わせのための旅費、研究成果発表のための学会参加費、論文投稿料なども必要となる。