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2017 年度 実績報告書

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

研究課題/領域番号 15K06125
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)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード光音響イメージング
研究実績の概要

子宮内の胎児への酸素供給は成長と発達に重要である。母体から胎児に酸素を供給するために重要な役割を果たす胎盤における血液酸素飽和度分布を、光音響技術を用いてイメージングし、胎児への酸素供給状況をモニタリングする方法について研究を行った。本年度はウサギを用いた動物実験を行った。
ウサギは全身麻酔下で人工呼吸器を用いて呼吸回数を変化させることで一時的に低酸素状態においた。超音波エコーで胎盤が観察された周辺に光ファーバーを用いて光を照射し、光音響を測定し、得られた画像から胎盤の酸素飽和度を計測した。同時に近赤外分光法(NIRS)による計測と、パルスドップラ法による胎児心拍数のモニタリングを行った。
母体を低酸素状態にすると光音響、NIRSともに胎盤及びその周辺部位における血液酸素飽和度の低下を認めた。NIRSにおいては光が照射されている母体の皮膚等の組織臓器を含めた光の経路全体の血液酸素飽和度の低下を観察していることになるが、光音響を用いた方法では胎盤における酸素飽和度を光音響画像から母体の皮膚等とは区別して計測することができた。ウサギ胎盤を超音波で明瞭に観察できたケースにおいては母体血のみを含む脱落膜と胎児血と母体血を含む迷路部における酸素飽和度変化の違いを測定することができた。
また一方で、ヘモグロビン濃度分布を定量的に画像化する光音響イメージング画像再構成アルゴリズムについても研究を進めた。生体内の光伝播計算を光拡散方程式を用いた場合とモンテカルロ法を用いた場合で比較を行い、画像再構成で生じる誤差を検討し、モンテカルロ法を用いたアルゴリズムを開発した。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Numerical and experimental investigations of dependence of photoacoustic signals from gold nanoparticles on the optical properties2018

    • 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 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 linearization2018

    • 著者名/発表者名
      Okawa, S., Hirasawa, T., Tsujita, K., Kushibiki, T. and Ishihara, M.
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 10494 ページ: 104944Y

    • 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 linearization2017

    • 著者名/発表者名
      Okawa, S., Hirasawa, T., Kushibiki, T. and Ishihara, M.
    • 雑誌名

      Optical Review

      巻: 24 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 ページ: 863-868

    • DOI

      10.11499/sicejl.56.863

    • 査読あり
  • [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 saturation2018

    • 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] 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 minimization2017

    • 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

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公開日: 2018-12-17  

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