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2016 年度 実施状況報告書

RGBカメラによる術中リアルタイム脳組織オキシメトリーイメージング装置の試作研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K06105
研究機関東京農工大学

研究代表者

西舘 泉  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70375319)

研究分担者 小久保 安昭  山形大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (40343074)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード脳局所酸素飽和度 / 脳機能イメージング / 脳血流 / 脳組織障害
研究実績の概要

ウマ保存血液とポリスチレンラテックスビーズ溶液を用いた脳組織光学ファントムモデルを作成し、計測値の校正とシステム基礎特性の評価を行なった。光学ファントムモデルは散乱体内部に赤血球体積分率35~50%の血液を含む、脳の灰白質を再現した単層で構成した。血中酸素飽和度の調整は標準酸素ガスとハイドロサルファイトナトリウム試薬を用いて行った。以上により、空間・時間分解能、測定範囲の評価を行なった。麻酔下で頭部を切開し、頭骨を除去したラット露出脳を対象に脳局所酸素飽和度の2次元計測実験を行った。標準酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガスの混合により吸入酸素濃度FiO2%に0~95%の範囲内で変化を与え、さらにヒーターにより体温を33~38℃の範囲で変化させることで、脳局所酸素飽和度をコントロールした。また、本方法による計測と同時に、採血型血液ガス分析装置を用いて、血中酸素飽和度、ヘマトクリット値、総ヘモグロビン量の測定も行い、本方法で得られる脳局所酸素飽和度や総ヘモグロビン量との比較を行い、提案法の妥当性について確認した。さらに、血行動態パラメーターに加え、脳組織バイアビリティと関連するとされている脳組織形態変化を反映する光散乱特性の変化を可視化する方式を新たに考案した。光散乱変化は血液ガス分析装置により得られた血液pHやカリウムイオン量の変化から推定される細胞形態変化の傾向と矛盾しない結果が得られた。以上の成果を国内学会、国内開催国際会議、海外開催国際会議にて発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成28年度は、脳組織光学モデルファントムによる実験と実際のラット生体脳を対象にした動物実験を行った。動物実験では、大腿動脈カニュレーションにより経時的に採血した血液を血液ガス分析装置により分析することで、提案法で得られる脳局所酸素飽和度、ヘマトクリット値、総ヘモグロビン量との比較を同時に行うことができた。この比較から、提案法で得られる測定値は血液ガス分析装置の結果を良く反映しており、高い相関が得られたことは大きな成果である。一方で前年度からの引き継ぎ課題である脳組織酸素代謝率の算出については、光学系を修正することで撮像視野の高空間分解能化とイメージングの高時間分解能化を達成し、血管中の赤血球の移動を追跡できることを確認した。

今後の研究の推進方策

(今後の推進方策)血液ガス分析装置との比較について、さらにサンプル数を増加させることで、本方法の妥当性に関する正確度、精度の評価を行う。また、血管中の赤血球の血管軸方向移動距離と移動時間から移動速度を算出することで脳血流速度の算出を行い、脳組織酸素代謝率のイメージングについて実証する。

次年度使用額が生じた理由

H28には、本方式により得られる脳局所酸素飽和度と脳組織障害の相関を見るために、虚血負荷後24時間後に脳組織を取り出し、免疫組織化学による染色を行う予定であったが、脳組織障害を反映すると考えられる光散乱特性の変化をin vivoで可視化する方式が可能であることが明らかとなった。そのため、計画を変更し、まず、脳局所酸素飽和度と光散乱特性変化との相関を確認することを優先したため、未使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

このため、免疫染色を用いた脳組織障害の評価と提案法との相関の検討は次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] In vivo imaging of hepatic hemodynamics and light scattering property during ischemia-reperfusion in rats based on spectrocolorimetry2017

    • 著者名/発表者名
      Sharmin Akter, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Suefumi Aosasa, Junji Yamamoto, and Izumi Nishidate
    • 雑誌名

      Biomedical Optics Express

      巻: 8 ページ: 974-992

    • DOI

      doi.org/10.1364/BOE.8.000974

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] In vivo evaluation of cortical hemodynamics and depolarization in rat brain with a digital red-green-blue camera2017

    • 著者名/発表者名
      Izumi Nishidate, Afrina Mustari, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Manabu Sato, and Yasuaki Kokubo
    • 学会等名
      RIEC International Workshop on Biomedical Optics 2017
    • 発表場所
      Tohoku University, Department of Electrical, Information and Physics Engineering, Miyagi, Japan
    • 年月日
      2017-03-06
    • 国際学会
  • [学会発表] In vivo imaging of tissue scattering parameter and cerebral hemodynamics in rat brain with a digital red-green-blue camera2017

    • 著者名/発表者名
      Izumi Nishidate, Afrina Mustari, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Manabu Sato, and Yasuaki Kokubo
    • 学会等名
      SPIE Photonics West BiOS 2017
    • 発表場所
      The Moscone Center San Francisco, California, USA
    • 年月日
      2017-01-28 – 2017-02-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of spontaneous low-frequency oscillations in cerebral hemodynamics with time-series red-green-blue images2017

    • 著者名/発表者名
      Izumi Nishidate, Afrina Mustari, Naoki Nakamura, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Manabu Sato, and Yasuaki Kokubo
    • 学会等名
      SPIE Photonics West BiOS 2017
    • 発表場所
      he Moscone Center San Francisco, California, USA
    • 年月日
      2017-01-28 – 2017-02-02
    • 国際学会
  • [学会発表] 拡散反射分光法に基づくカラー画像解析を用いたin vivo脳組織バイアビリティの評価2016

    • 著者名/発表者名
      西舘泉,Afrina Mustari,川内聡子,佐藤俊一,佐藤学,小久保安昭
    • 学会等名
      第13回バイオオプティクス研究会
    • 発表場所
      前橋テルサ、前橋工科大学
    • 年月日
      2016-12-02 – 2016-12-03
    • 招待講演
  • [学会発表] Visualization of spontaneous low-frequency oscillations in cerebral hemodynamics with a digital red-green-blue camera2016

    • 著者名/発表者名
      Mustari Afrina, Naoki Nakamura, Izumi Nishidate, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Manabu Sato, and Yasuaki Kokubo
    • 学会等名
      レーザー学会第498回研究会「第5回ニューロフォトニクス研究会」
    • 発表場所
      東京農工大学 生物システム応用科学府 第1講義室
    • 年月日
      2016-11-19
  • [学会発表] 拡散反射分光法に基づく生体組織光学特性値の推定と脳機能イメージングへの応用2016

    • 著者名/発表者名
      西舘泉
    • 学会等名
      レーザー学会第498回研究会「第5回ニューロフォトニクス研究会」
    • 発表場所
      東京農工大学 生物システム応用科学府 第1講義室
    • 年月日
      2016-11-19
  • [学会発表] In vivo estimation of spontaneous low-frequency oscillations in cerebral hemodynamics with time-series red-green-blue images2016

    • 著者名/発表者名
      Mustari Afrina, Naoki Nakamura, Izumi Nishidate, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Manabu Sato and Yasuaki Kokobo
    • 学会等名
      OSJ-OSA Joint Symposia on Plasmonics and Digital Photonics
    • 発表場所
      Tokyo Bunkyo School Building, University of Tsukuba, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-10-30 – 2016-10-31
    • 国際学会
  • [学会発表] RGB画像に基づくラット大脳皮質の局所酸素飽和度評価2016

    • 著者名/発表者名
      原崎芳加, Mustari Afrina, 西舘泉, 川内聡子, 佐藤俊一, 佐藤学, 小久保安昭
    • 学会等名
      光・量子デバイス研究会Technical Meeting on “Optical and Quantum Devices”, IEE Japan
    • 発表場所
      東北大学 東京分室
    • 年月日
      2016-09-26
  • [学会発表] In vivo imaging of cerebral hemodynamics and light scattering parameter in rat brain with a digital red-green-blue camera2016

    • 著者名/発表者名
      Izumi Nishidate, Afrina Mustari, Yoshika Harasaki, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, and Manabu Sato
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia 2016
    • 発表場所
      TOKI MESSE, Niigata, Japan
    • 年月日
      2016-09-14
    • 国際学会
  • [学会発表] 光伝搬数値シミュレーションを用いたカラー画像解析に基づく脳機能イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      西舘泉,Afrina Mustari,原崎芳加,川内聡子,佐藤俊一,佐藤学,小久保安昭
    • 学会等名
      レーザー学会第493回研究会 「光・レーザーの医学・医療応用」
    • 発表場所
      東北大学工学部電子・情報システム応物系1号館2階大会議室
    • 年月日
      2016-08-05
  • [学会発表] In vivo evaluation and imaging of neurovascular functions using diffuse reflectance spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Izumi Nishidate, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato
    • 学会等名
      The Japan-US Forum on Blast Injury 2016
    • 発表場所
      The New Sanno Hotel, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-06-13 – 2016-06-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Imaging of regional cerebral oxygen saturation of rat with a digital red-green-blue camera2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshika Harasaki, Izumi Nishidate, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Manabu Sato, Yasuaki Kokubo
    • 学会等名
      Biomedical Imaging and Sensing Conference 2016
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Japan
    • 年月日
      2016-05-18 – 2016-05-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of spontaneous low-frequency oscillations in cerebral intrinsic optical signals with a digital red-green-blue camera2016

    • 著者名/発表者名
      Afrina Mustari, Yuta Aoki, Izumi Nishidate, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, and Manabu Sato
    • 学会等名
      Biomedical Imaging and Sensing Conference 2016
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Japan
    • 年月日
      2016-05-18 – 2016-05-20
    • 国際学会
  • [備考] 東京農工大学生物システム応用科学府西舘研究室ホームページ

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~bmp-mpg/index.html

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公開日: 2018-01-16  

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