Development of an intraoperative diagnosis for Hirschsprung's disease using optical biopsy technology

利用光学活检技术开发先天性巨结肠术中诊断方法

• 批准号: 21K08781
• 负责人: 小川 雄大
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Oita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K08781/
• 关键词: ヒルシュスプルング病; ラマン分光法; 光バイオプシー; 畳み込みニューラルネットワーク

ヒルシュスプルング病（H病）は腸管壁内神経叢の先天的欠如が原因となり、腸管の蠕動障害が起こる小児の代表的な消化管機能異常疾患である。本研究は、H病根治手術における切除範囲決定のために、ラマン分光法を用いた光バイオプシーによって無神経節腸管範囲を非侵襲的かつリアルタイムに同定し、無神経節腸管の残存”0”を目指す新たな術中診断法の開発を目的としている。令和3年度は、H病根治術で採取されたホルマリン固定標本を用いて、ラマン分光法による腸管壁内神経叢同定を行った。結果として、無神経節腸管と正常腸管の粘膜から得られたラマンスペクトルデータをAIに学習させることにより無神経節腸管と正常腸管を100%判別させることに成功した。令和3年に引き続き、令和4年度では臨床実用化に向けた装置の性能評価および診断精度の検証を行った。方法として、手術室に小型ラマン分光器（近赤外光レーザー搭載、60倍対物レンズにて標本に光照射、同じ対物レンズにてラマン散乱光を観測）を持ち運び、切除直後の標本の正常直腸粘膜、漿膜のラマンスペクトルを網羅的に計測した。また，計測されたラマンスペクトルデータに対して、ノイズ除去処理後、主成分分析および線形判別分析を適用した。結果は正常直腸粘膜においては自家蛍光発生による背景光が極めて強く、粘膜組織に特徴的なラマンピークを検出できなかった。漿膜では付着している脂肪組織のラマンスペクトルが顕著に観測された。ラマン分光法の臨床応用の課題として、ラマンスペクトルの測定対象とする組織の部位や形態に特有の背景光の発生によって、本来の組織由来のラマン信号の観測が妨害されることが明らかとなった。この課題を克服するため、レーザー照射・ラマン散乱光観測用デバイスの改良および内視鏡・腹腔鏡視下でのラマン分光計測法の検討を行い、生検を必要としない無侵襲な新規リアルタイム光診断法の開発へ繋げていく。

ヒ ル シ ュ ス プ ル ン グ disease (disease) H は bowel wall 経 plexus の innate owe god like が reason と な り, insufflate の peristalsis handicap of が up こ る small where の representative な digestion pipe bender can abnormal disease で あ る. This study は, H radical surgery に お け る removal van 囲 decided の た め に, ラ マ ン spectrometry を with い た light バ イ オ プ シ ー に よ っ て godless 経 section insufflate van 囲 を of noninvasive か つ リ ア ル タ イ ム に section with し, no god 経 insufflate の remaining "0" を refers す new た な intraoperative diagnosis の open 発 を purpose と し て い る. Make annual は, and 3 H disease treated で take さ れ た ホ ル マ リ ン fixed specimens を い て, ラ マ ン spectrometry に よ る bowel wall within god 経 plexus with fixed を っ た. Results と し て section, no god 経 insufflate と normal bowel の mucosa か ら have ら れ た ラ マ ン ス ペ ク ト ル デ ー タ を AI に learning さ せ る こ と に よ り godless 経 section of insufflate と normal bowel を 100% discriminant さ せ る こ と に successful し た. Make and 3 years に き 続 き, make and 4 year で は be clinical use is changed to け に た の performance review 価 お よ び diagnosis accuracy の 検 line card を っ た. Methods と し て, operating room に small ラ マ ン spectrometer (close to the red light レ ー ザ ー carry, 60 times polices レ ン ズ に て specimens with じ に light irradiation, moral content レ ン ズ に て ラ マ ン scattered light を 観) measurement を hold ち び, removal of straight の の normal rectal mucosa specimens, serous の ラ マ ン ス ペ ク ト ル を snare of に measuring し た. ま た, measuring さ れ た ラ マ ン ス ペ ク ト ル デ ー タ に し seaborne て, ノ イ ズ remove 処 principle, principal component analysis after お よ び linear discriminant analysis を applicable し た. Results normal rectal mucosa は に お い て は their 蛍 light 発 raw に よ る background light が め て く, mucosal tissue に of 徴 な ラ マ ン ピ ー ク を 検 out で き な か っ た. Pay the serous で は し て い る adipose tissue の ラ マ ン ス ペ ク ト ル が 顕 the に 観 measuring さ れ た. ラ マ ン spectrometry の clinical 応 の subject と し て, ラ マ ン ス ペ ク ト ル の determination as seaborne と す る や の places form に の unique background light の 発 raw に よ っ て, originally の tissue origin の ラ マ ン signal の 観 measuring が sabotage さ れ る こ と が Ming ら か と な っ た. こ の subject を overcome す る た め, レ ー ザ ー irradiation, ラ マ ン scattered light 観 measurement with デ バ イ ス の improved お よ, laparoscopic び endoscopy under で の ラ マ ン spectrometer measuring method の 検 line for を い, raw 検 を necessary と し な い no invasive な new rules リ ア ル タ イ ム optical diagnostics の open 発 へ 繋 げ て い く.

项目成果

A NEW OPTICAL BIOPSY TECHNIQUE FOR DETECTION OF AGANGLIONOSIS IN HIRSHSPRUNG DISEASE BY USING RAMAN SPECTROSCOPY COMBINED WITH DEEP LEARNING

拉曼光谱结合深度学习检测先天性巨结肠无神经节症的新型光学活检技术

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Ogawa*1;Y. Oshima2;Y. Matsumoto2;K. Tamura2;S. Onishi3;T. Etoh1;S. Ieiri3;M. Inomata1
• 通讯作者: M. Inomata1

Label-free detection of human enteric nerve system using Raman spectroscopy: A pilot study for diagnosis of Hirschsprung disease

• DOI: 10.1016/j.jpedsurg.2021.03.040
• 发表时间: 2021-06-20
• 期刊: JOURNAL OF PEDIATRIC SURGERY
• 影响因子: 2.4
• 作者: Ogawa, Katsuhiro;Oshima, Yusuke;Inomata, Masafumi
• 通讯作者: Inomata, Masafumi

術中に無神経節腸管を同定するためのラマン分光システムの開発

开发用于术中识别无神经节肠道的拉曼光谱系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 松本 悠希;小川 雄大;衛藤 剛;猪股 雅史;片桐 崇史;大嶋 佑介
• 通讯作者: 大嶋 佑介

術中病理診断を目的としたヒト腸管の共焦点顕微ラマン測定法の検討

人体肠道共聚焦显微拉曼测量方法用于术中病理诊断的探讨

• 发表时间: 2022
• 作者: 小山 昂志;小嶋 克彦; 前田 昂樹;竹下 敏一;森田 英嗣 ;田中 伸幸;松本悠希，小川 雄大，衛藤 剛，猪股雅史，田村海，竹中崚，片桐崇史，大嶋佑介
• 通讯作者: 松本悠希，小川 雄大，衛藤 剛，猪股雅史，田村海，竹中崚，片桐崇史，大嶋佑介

ラマン分光法を用いたヒルシュスプルング病における腸管壁内神経叢の術中同定法の開発

先天性巨结肠肠壁内神经丛拉曼光谱术中识别方法的建立

• 发表时间: 2021
• 作者: 小川 雄大;大嶋 佑介;皆尺寺 悠史;上田 貴威;當寺ヶ盛 学;白下 英史;衛藤 剛;白石 憲男;猪股 雅史
• 通讯作者: 猪股 雅史