内視鏡を用いた3次元胃形態計測システムの開発：胃もたれの病態解明と診断への挑戦

• 研究課題/領域番号: 21K12737
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90130:医用システム関連
• 研究機関: 国際医療福祉大学 (2022); 日本大学 (2021)
• 研究代表者: 鈴木 翔 国際医療福祉大学, 国際医療福祉大学市川病院, 臨床教授 (50813581)
• 研究分担者: 紋野 雄介 東京工業大学, 工学院, 助教 (10744477)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021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: 内視鏡 / 消化管 / 内圧 / 胃 / 機能性ディスペプシア / 3次元 / 画像計測

研究開始時の研究の概要

慢性的に胃もたれの症状を呈する機能性ディスペプシアには、診断の根拠となる特異的な理学検査や客観的な診断基準がないことが臨床上の問題である。本研究課題では、申請者らがこれまでに研究してきた多視点2次元画像からの3次元復元技術を用いて、内視鏡検査から胃の3次元形状・容量・内圧を統合して計測し胃の形態を数値化して評価するシステムを開発する。この開発システムにより、健常人の胃の形態の共通点と差異を解明し、将来的に機能性ディスペプシアの病態の解明と診断法への応用を目指す。

研究実績の概要

本研究の最終的な目標は、軟性内視鏡を用いてヒトの胃の内圧・容量・3次元形状を統合して計測するシステムを開発することである。初年度は、ヒトにおけるシステムを開発する前段階として、コンピューター上での胃の3次元形状の再現に最適なシリコンモデルの開発と、さらに内視鏡を通じた消化管内圧測定とガス注入量を測定する機器の設定を行った。
2年目の当該年度は、まず、シリコンモデルにおいて、内視鏡からのガス注入量と内圧が測定可能か、コンピューター上で記録できるかを確認し、より円滑かつ精密に測定と記録ができる条件を整備した。そして、次に実際のヒトの消化管におけるガス注入量と内圧の測定を試みた。シリコンモデルとは異なり、実際のヒトでは消化管の蠕動と呼吸や体動による体位の変化があるために、ガス注入量と内圧を正確に測定できる機器の設定を目標とした。胃を測定するための上部消化管内視鏡検査は咽頭・嘔吐反射を惹起するために被検者の負担が大きいため、まずは大腸内視鏡検査中に注入ガス量と腸管内圧と測定した。内視鏡との接続部品の選定と機器の設定を繰り返し変更、調整し、検査中の測定に成功した。このように、内視鏡検査で注入ガス量と腸管内圧の測定に成功し、実際の臨床における機器の使用を経験できたことが当該年度の主な実績である。最終的な研究目標であるコンピューターソフトウェア開発の前段階となる周辺機器を設定を完了したことが当該年度の研究実績である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

Structure from Motionの解析を用いたコンピューター上での胃3次元形状の再現に最適なシリコン胃モデルの作成は、これまでに申請者と企業の両者に経験がなかったために、完成に時間を要した。また、シリコンモデルの作成後もこのモデルにおける内視鏡の操作性とシリコン素材の伸縮性やガスの気密性が不十分であったため、ガス注入量と内圧の測定が困難であった。そのため、ヒトへ応用する臨床研究を立案するための指標となるデータの取得が不十分となり、研究の進捗が遅延した。

今後の研究の推進方策

コンピューターソフトウェア開発の前段階となる周辺機器の用意と設定を初年度と当該年度に完了し、実際の内視鏡での使用を確認できたことが当該年度の実績である。当初は、コンピューターソフトウェアの開発を目指していたが、胃の観察は被検者の苦痛が強く、症例の集積が遅延することが予想される。そのため、まずは被検者の苦痛が比較的少ない大腸内視鏡でのガス注入量と内圧の関係、そしてそれらと便秘や過敏性腸症候群といった機能性胃腸症の関係の解明に移行する予定である。被検者の苦痛の少ない大腸内視鏡に変更することで、被検者の募集を円滑に進め、研究を迅速に進められることを期待している。そして、最終的には、大腸と胃の両方でガス注入量と内圧、機能性胃腸症関連疾患の関係を解明することを目標とする。