体外心肺補助中における光を用いた血液の非侵襲連続診断

体外心肺支持期间利用光对血液进行无创连续诊断

• 批准号: 22800016
• 负责人: 迫田 大輔
• 金额: $ 2.01万
• 依托单位: Tokyo Medical and Dental University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22800016/
• 关键词: 体外補助循環; 非侵襲生体光計測; モンテカルロ・シミュレーション; 血液

長期間安全で信頼性の高い体外補助循環を実現するために、光を用いた血液の非侵襲モニタリング技術は大いに貢献できると考えられるが、補助循環路を流れる血液の光学モデルは確立されていない。そこで、ECMO回路管内血液の光伝播をシミュレーションするpciMC (photon-cell interactive Monte Carlo simulation)を開発し、実際にpciMCを使用してヘマトクリットおよびヘモグロビンを非侵襲に定量することを試みた。in vitroにおいて模擬ECMO回路を構成し、新鮮豚血液を循環させた。He-Neレーザーを光源として用い、光ファイバで導き人工肺アウトフロー部のチューブに入射した。光軸上に設置した受光ファイバにて透過型計測を行い、光電子増倍管にて受光強度を求めた。その結果、ポンプ流量を上昇させていくと透過光強度が低下していくことがわかり、1L/min以上程度で一定となっていった。この実験結果を実際に再現できるpciMCモデルを開発した。pciMCは、従来のMCと異なり、光吸収散乱体である赤血球が実際にモデル内で定義されている。光子が赤血球に衝突したとき、幾何光学に基づいて赤血球表面上で光子のベクトルが変化して、赤血球内外を伝播していく。光の吸収は、光子が赤血球内を伝播しているとき、Beer-Loambertの法則に基づき、赤血球内光路長および赤血球内ヘモグロビン濃度にしたがって表現される。空間モデリングに関して、流量が生じると幾つかの赤血球が流線上に配向していくと仮定した。配向の定義は、赤血球の長軸が流れ方向と平行になり、流れ方向を軸とした回転自由度があるとした。全体の血球数に対する配向した赤血球の割合を「配向率」とし、各流量における実験値とシミュレーション値が一致するときの配向率を求めることで、ECMO回路管内の光伝播モデルを確立した。得られた光伝播モデルを用いて、ヘマトクリットおよびヘモグロビン値を光計測結果に基づき予想したところ、それぞれ0.97%および0.32g/dLの誤差精度で定量可能な結果が得られた。

Long-term safety で letter 頼 sex between high の い in vitro assisted circulation を be presently す る た め に, light を い た blood の noninvasive モ ニ タ リ ン グ technology は large い に contribution で き る と exam え ら れ る が, assisted circulation flow を れ る blood の optical モ デ ル は establish さ れ て い な い. Youdaoplaceholder0 で で, blood in the ECMO circuit tube <s:1> light 伝 broadcast をシ ュレ ュレ ショ ショ する するpciMC (photin-cell interactive Monte Carlo. Simulation) を open 発 し, be interstate に pciMC を use し て ヘ マ ト ク リ ッ ト お よ び ヘ モ グ ロ ビ ン を noninvasive quantitative す に る こ と を try み た. in vitroにお て て simulates the ECMO circuit を to form the を circulation させた of fresh dolphin blood. He - Ne レ ー ザ ー を light と し て い, light フ ァ イ バ で guide き artificial lung ア ウ ト フ ロ ー department の チ ュ ー ブ に incident し た. On the optical axis, に is set with た た light receiving ファ バにて バにて transmission type measurement を row を, and the にて light receiving intensity of the photoelectron multiplier tube を is calculated for めた. そ の results, ポ ン プ rising flow を さ せ て い く と through low light intensity が し て い く こ と が わ か り, degree of more than 1 l/min で certain と な っ て い っ た. The <s:1> experimental results を actual に reproduce で る るpciMCモデ を を development た. PciMC は, 従 to の MC と different な り, light absorption 収 scattered body で あ る red blood corpuscle が be interstate に モ デ ル で within defined さ れ て い る. Photon が red blood corpuscle に conflict し た と き, geometrical optics に づ い て red blood cell surface で photon の ベ ク ト ル が variations change し て, red blood cell inside and outside を 伝 sowing し て い く. Light の 収 は, photon が red blood corpuscle を 伝 sowing し て い る と き, Beer - Loambert の law に base づ き, long light path within the red blood cell お よ び red blood cell inside ヘ モ グ ロ ビ ン concentration に し た が っ て performance さ れ る. Space モ デ リ ン グ に masato し て, flow が じ る と several つ か の red blood corpuscle が streamline に on match to し て い く と 仮 set し た. Match to の definition は, red blood cell の parallel to the direction of long axis flow が れ と に な り, flow direction of れ を shaft と し た back planning dof が あ る と し た. All の blood count に す seaborne る match to し た red blood corpuscle の cut close を "to ratio" と し, each traffic に お け る be 験 numerical と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン numerical が consistent す る と き の to ratio を o め る こ と の で, ECMO loop tube light 伝 sowing モ デ ル を establish し た. Have to ら れ た light 伝 sowing モ デ ル を with い て, ヘ マ ト ク リ ッ ト お よ び ヘ モ グ ロ ビ ン numerical を light measuring results に づ き to think し た と こ ろ, そ れ ぞ れ 0.97% お よ び 0.32 g/dL の で quantitative error precision may な results ら が れ た.

项目成果

Photon-Cell interactive Monte Carlo(pciMC)simulation for optical propagation in blood incorporating both extra-and intracellular photon pathways

光子细胞交互式蒙特卡罗 (pciMC) 模拟结合了细胞外和细胞内光子路径，用于血液中的光学传播

• 发表时间: 2010
• 作者: Daisuke Sakota;迫田大輔;迫田大輔
• 通讯作者: 迫田大輔

体外補助循環における光を用いた血液の非侵襲連続診断

体外辅助循环中光无创连续血液诊断

• 发表时间: 2010
• 作者: Daisuke Sakota;迫田大輔
• 通讯作者: 迫田大輔

Photon-cell interactive Monte Carlo simulation based on the geometric optics theory for photon migration in blood by incorporating both extra-and intracellular pathways

基于几何光学理论的光子细胞交互式蒙特卡罗模拟，通过结合细胞外和细胞内途径来实现光子在血液中的迁移

• 发表时间: 2010
• 期刊: Journal of Biomedical Optics
• 影响因子: 3.5
• 作者: Daisuke Sakota

A Novel Photon Propagation Model for Non-invasive and Continuous Diagnosis of Blood during Extracorporeal Circulation with Rotary Blood Pumps

一种新型光子传播模型，用于旋转血泵体外循环过程中的无创连续血液诊断

• 发表时间: 2010
• 作者: Daisuke Sakota;迫田大輔;迫田大輔;Daisuke Sakota
• 通讯作者: Daisuke Sakota