光と音響の生体内伝播理論に基づく胎児への酸素供給モニタリングシステムの開発

• 研究課題/領域番号: 15K06125
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛
• 研究代表者: 大川 晋平 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 助教 (20432049)
• 研究分担者: 藤井 宏之 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00632580) ; 平沢 壮 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 助教 (60583086)
• 研究協力者: 精 きぐな 防衛医科大学校, 医学研究科
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 光音響 / 光音響イメージング / 医用工学 / 計測工学 / 信号処理 / 画像再構成 / 逆問題

研究成果の概要

レーザー光を生体に照射した際にヘモグロビンなどの色素が発生する超音波（光音響）を用いて胎児・胎盤の血液濃度分布をイメージングすることによって胎内での酸素供給状態をモニタリングするための技術研究を目的として、光音響を用いた生体組織の光の吸収・散乱の度合いを表す光学特性値測定や生体内の光伝播シミュレーションを用いた定量的なヘモグロビン濃度分布の画像化法の開発、動物モデルを用いた胎盤の光音響イメージングを行った。

研究成果

• [雑誌論文] Numerical and experimental investigations of dependence of photoacoustic signals from gold nanoparticles on the optical properties (2018)
  • 著者名/発表者名: Okawa, S., Hirasawa, T., Sato, R., Kushibiki, T., Ishihara, M. and Teranishi, T.
  • 雑誌名: Optical Review 巻: Online first 号: 3 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10043-018-0435-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D quantitative photoacoustic image reconstruction using Monte Carlo method and linearization (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Okawa,Takeshi Hirasawa,Kazuhiro Tsujita*,Toshihiro Kushibiki,Miya Ishihara
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 10494 ページ: 172-172
  • DOI: 10.1117/12.2293229
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of the approximations of light propagation on quantitative photoacoustic tomography using two-dimensional photon diffusion equation and linearization (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Okawa,Takeshi Hirasawa,Toshihiro Kushibiki,Miya Ishihara
  • 雑誌名: Optical Review 巻: 24(6) 号: 6 ページ: 705-726
  • DOI: 10.1007/s10043-017-0369-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 光音響シミュレーションと定量的トモグラフィー画像再構成－光音響を用いたより高度な診断を目指して－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 大川晋平, 平沢 壮, 佐藤良太，櫛引俊宏, 石原美弥，寺西利治
  • 雑誌名: OPTRONICS 巻: 36 ページ: 66-71
• [雑誌論文] 近赤外光を用いた次世代生体イメージング：拡散光・蛍光・光音響トモグラフィー (2017)
  • 著者名/発表者名: 大川晋平, 石原美弥, 西村吾朗, 星 詳子
  • 雑誌名: 計測と制御 巻: 56 号: 11 ページ: 863-868
  • DOI: 10.11499/sicejl.56.863
  • NAID: 130006206074
  • ISSN: 0453-4662, 1883-8170
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo photoacoustic imaging of uterine cervical lesion and its image processing based on light propagation in biological medium (2017)
  • 著者名/発表者名: Okawa, S., Sei, K., Hirasawa, T., Irisawa, K., Hirota, K., Wada, T., Kushibiki, T., Furuya, K., Ishihara, M.
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 10064 ページ: 100642S-100642S
  • DOI: 10.1117/12.2253716
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spatial filtered reconstruction for changes in the absorption coefficient for diffuse optical tomography (2016)
  • 著者名/発表者名: Okawa, S.
  • 雑誌名: Proceedings of SICE Annual Conference 2016 巻: 2016 ページ: 1160-1163
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Renormalization of the highly forward-peaked phase function using the double exponential formula for radiative transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii, H., Okawa, S., Yamada, Y., Hoshi, Y., Watanabe, M.
  • 雑誌名: Journal of Mathematical Chemistry 巻: 54 号: 10 ページ: 2048-2061
  • DOI: 10.1007/s10910-016-0670-3
  • NAID: 120006360048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the optical properties of gold nanoparticles on photoacoustic signals (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Okawa, Takeshi Hirasawa, Ryota Sato, Toshihiro Kushibiki, Miya Ishihara, Toshiharu Teranishi
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 9708 ページ: 970836-970836
  • DOI: 10.1117/12.2213879
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical and experimental studies on quantification of the optical properties by use of photoacoustic measurement (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Okawa, Takeshi Hirasawa, Toshihiro Kushibiki, Miya Ishihara
  • 雑誌名: マス・フォア・インダストリ研究 Mathematical Background and Future Progress of Practical Inverse Problems 巻: 5 ページ: 81-109
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] モンテカルロ法による光伝播計算を用いた定量的光音響画像再構成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大川晋平, 平沢 壮, 辻田和宏, 櫛引俊宏, 石原美弥
  • 学会等名: 電気学会 光・量子デバイス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Trial for a new fetal assessment by ultrasound-guided photoacoustic measurement of placental oxygen saturation (2018)
  • 著者名/発表者名: Sei、K. , Sasa, H., Furuya, K.,
  • 学会等名: 第70回日本産科婦人科学会学術講演会
• [学会発表] Noninvasive photoacoustic imaging using microconvex probe (2017)
  • 著者名/発表者名: Okawa, S., Sei, K., Shinchi, M., Nakamura, A., Hirasawa, T., Tsuda, H., Wada, T., Horiguchi, A., Kushibiki, T., Sasa, H., Furuya, K., Asano, T., and Ishihara, M.
  • 学会等名: the 94th Annual Meeting of Physiological Society of Japan
  • 発表場所: Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2017-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 生体内光伝播計算を用いた定量的3次元光音響トモグラフィー (2017)
  • 著者名/発表者名: 大川晋平，平沢 壮，辻田和宏，櫛引俊宏，石原美弥
  • 学会等名: 第38回日本レーザー医学会総会
• [学会発表] Quantitative photoacoustic image reconstruction with linearization and l1-norm minimization (2017)
  • 著者名/発表者名: Okawa, S.
  • 学会等名: Inverse problems and medical imaging
  • 招待講演
• [学会発表] 光音響技術を用いた胎盤内血液酸素飽和度計測～胎児超音波診断における新しい定量的指標の可能性～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 精きぐな, 平沢 壮, 大川晋平, 笹 秀典, 古谷健一, 石原美弥
  • 学会等名: 第40回日本母体胎児学会
• [学会発表] Approximations in quantitative photoacoustic tomography reconstructing the absorption coefficient (2016)
  • 著者名/発表者名: Okawa, S., Hirasawa, T., Kushibiki, T., and Ishihara, M.
  • 学会等名: The 10th ICME International Conference on Complex Medical Engineering
  • 発表場所: Utsunomiya, japan
  • 年月日: 2016-08-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fundamental studies on quantitative biomedical photoacoustic imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Okawa, Takeshi Hirasawa, Seishiro Tatsukawa, Sei Kiguna, Toshihiro Kushibiki, Miya Ishihara
  • 学会等名: 2015 Taiwan-Japan Joint Workshop on Inverse Problems and the Related Topics
  • 発表場所: 台北
  • 年月日: 2015-11-21
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical and experimental studies on quanti cation of the optical properties by use of photoacoustic measurement (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Okawa, Takeshi Hirasawa, Toshihiro Kushibiki, Miya Ishihara
  • 学会等名: 九州大学 マス・フォア・インダストリ研究所 ワークショップ 実用逆問題の背景にある数理と新展開
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2015-11-10
  • 招待講演
• [学会発表] 光音響信号を用いた生体組織の光学特性値推定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 立川誠四郎, 大川 晋平, 精 きぐな, 平沢 壮, 櫛引 俊宏, 藤田 真敬, 石原 美弥
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2015
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-10-28