2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of haptic forceps equipped with gliosis discrimination function
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21K18085
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
柴尾 俊輔 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 共同研究員 (50528792)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 脳神経外科 / 脳腫瘍 / グリオーマ / 髄膜腫 / ハプティクス / グリオーシス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、脳腫瘍手術において安全に最大限の腫瘍摘出を行うために、正常脳組織と脳腫瘍、グリオーシスの硬さの違いを判別する手術器具を開発することである。具体的には、硬さを伝達する技術であるハプティクス技術を搭載した力触覚鑷子に、人工知能技術を利用した腫瘍、グリオーシス判別機能を搭載する。
グリオーシス判別機能搭載の前提として、力触覚鑷子によって正常脳、腫瘍の判別ができることが必要となる。令和3年度はマウスの脳腫瘍モデルにおいて、安定して硬さの測定ができる条件を決定した。令和4年度はその測定条件において正常脳と種々のマウス脳腫瘍モデルの硬さ測定を行い、それらの違いを再現性を持って判別できるかを検証した。具体的には、U87以外にグリオーマ細胞株であるSF126、U251、髄膜腫細胞株であるIOMM-Lee、HKBMMをヌードマウスの前脳に移植し、形成された腫瘍および正常脳の硬さ測定を行った。腫瘍の大きさはIVISを用いてモニターした。腫瘍の位置は蛍光顕微鏡で確認し、鑷子を深さ5mmで腫瘍に挿し、幅4mmからコンピューター制御下で狭めて行き、反力を測定した。2回挟んで、鑷子を取り出すことを1サイクルとして2サイクル測定を行った。 結果として、正常脳と比較して腫瘍モデルのほうが有意に硬いことが示され、更にグリオーマに比べて髄膜腫が硬いことが示された。この結果は、学会にて報告し、現在論文化を進めている。
今後はグリオーシスマウスモデルを作成して、同様の硬さ測定実験を行う予定である。データが得られたら、正常脳組織、脳腫瘍、グリオーシスそれぞれのデータをもとに機械学習を行い、これらの間の硬さの違いを判別するアルゴリズムを決定し、マウスモデルにおいてある範囲内の硬さにおいてはグリオーシスであることを知らせるアラームが鳴るようにプログラムを行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では最終目標として人工知能技術を利用して腫瘍、グリオーシス判別を行うことであり、人工知能自動判別アルゴリズムを決定するための正常脳組織、脳腫瘍組織、グリオーシスの硬さのデータの収集が非常に重要となる。大量に安定したデータを得るための条件設定が整い、安定してマウス脳腫瘍モデルを作成が可能となり順調に進行していると考えられる。今後はマウスモデルにて人工知能自動判別アルゴリズムを決定するために、グリオーシスモデル作成を進める方針である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の予定としては、グリオーシスモデル作成を進め、正常脳、脳腫瘍とグリオーシス組織の硬さの違いについて検討を行う。また、マウスのみではなくヒトの脳腫瘍における測定実験も行う予定である。すでに手術にて摘出されたグリオーマ、髄膜腫において摘出された腫瘍の硬さ測定を行っている。摘出検体はマウス脳腫瘍モデルと異なり、手術中の摘出状況によって形や大きさが不均一であり、安定した測定結果が得られにくいという問題点が生じた。これを克服するために大きめの検体を摘出するようにし、検体に挿して測定する必要があると考えられ、今後さらなる検討を行う予定である。また、測定者と手術日程を合わせるため、測定日に制限があり当初の予定よりも測定回数が少ないことが判明した。それを克服するために、複数の施設で測定ができる体制を整え、ヒトでの測定頻度を増やすことも今後予定している。
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| Causes of Carryover |
学会においては現地開催とWeb開催のハイブリッド開催の学会もまだあり、旅費の支出がなかった。データ集積においては現在はデータ収集段階であり、解析段階に入っていないため、その解析のためのソフトなどの購入費用がなかった。それらの結果生じた残高は次年度に有効活用する予定である。
具体的には、現時点で成果が得られているマウス脳腫瘍モデルでの硬さ測定実験結果のさらなる進捗を学会発表する予定であり、学会の参加費、旅費に使用する。また、マウス脳腫瘍モデルでの硬さ測定実験結果を論文作成中であり、論文作成の際の英文校正料、投稿料などに使用する予定であり。さらに今後は測定データが蓄積されデータ解析の段階に入ってくるため、それに必要なソフトやPC購入の必要性が高くなると考えられる。
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[Presentation] Development of microsurgical forceps equipped with haptics technology for in situ differentiation of tumor tissue from normal brain during microsurgery by tissue stiffness2022
Author(s)
Taketo Ezaki, Kohki Kishima, Shunsuke Shibao, Eriel Sandika Pareira, Takuya Matsunaga, Yohei Kitamura, Kento Takahara, Oltea Sampetrean, Kouhei Ohnishi, Tomoyuki Shimono, Hikaru Sasaki
Organizer
27th SNO Annual Meeting
Int'l Joint Research
