光散乱的手法を用いた血球細胞内ヘモグロビン量と溶血率の計測に関する研究

光散射法测定细胞内血红蛋白含量及溶血率的研究

• 批准号: 07J10735
• 负责人: 迫田 大輔
• 金额: $ 1.73万
• 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 JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J10735/
• 关键词: 非侵襲光計測; Monte Carloシミュレーション; 血液; 体外循環補助デバイス; 循環器系補助デバイス; 赤血球; 非生理的せん断; 赤血球解糖系代謝; MCV; MCHC; 連続流血液ポンプ; 時間分解光計測; Mie散乱

開心術時の体外循環補助(Cardio-Pulmonary Bypass : CPB)、経皮的心肺補助(Percutaneous Cardio-Pulmonary System : PCPS)、肺機能補助を目的とした膜型人工肺を用いた体外循環補助(Extra-Corporeal Membrane Oxygenation: ECMO)、そして重症左心室不全症のための左心室補助(Left Ventricular Assistance : LVAS)下における、光による血液の非侵襲連続計測を実現するため、血液内の光子伝播モデルphoton-cell interactive Monte Carlo(pciMC)モデルを開発した。従来のMonte Carloシミュレーションは、血液内の光散乱を表現する上で、マクロな異方性パラメータおよび位相関数を用いていたが、pciMCは幾何光学に基づき、赤血球の表面に対する入射角および屈折率差から光子のベクトル変化を求めるミクロな境界条件によって散乱が表現されるため、赤血球の形状や分布、配向などの変化に起因する血液内の光伝播変化をシミュレーションできるモデルであり、体外循環補助システムが送り出す血流の光学特性を説明できるモデルと成り得る。しかしながら、散乱の振る舞いをミクロな境界条件によって記述するため、明らかに計算コストが増加するという問題が生じる。この問題を解決するために、生理的な範囲における、様々な体積および屈折率の赤血球一個あたりの散乱パターンの解を予め別プログラムで求めておき、その答えをデータベース化し、実際にpciMCプログラムを実行するときは、そのデータベースから必要な答えを呼び出す形式にプログラミングした。この結果、従来のマクロな散乱表現であるMonte Carloシミュレーションと比較して、計算コストはおよそ7%増程度に抑えられた。開発したpciMCの妥当性を評価するために、波長651nmの超短パルス光およびストリークカメラを用いて厚さ0.5～4mmの新鮮ブタ血液層の透過伝播時間および受光強度を実際に計測し、pciMCのシミュレーション結果と比較した。その結果、実測値との誤差率は平均して20%程度であり、実用的な精度でのシミュレーションが可能であることが確認された。

Extra-Corporeal Membrane Oxygenation (Extra-Corporeal Membrane Oxygenation: ECMO), Left Ventricular Assistance for severe left ventricular insufficiency (Left Ventricular Assistance: LVAS), non-invasive continuous measurement of light and blood, photon-cell interactive Monte Carlo (pciMC) in the blood.従来のMonte Carlo シミュレーションは, the scattered light in the blood shows する上で, and the マクロなisotropy パラメータおよびdigit correlation number を用いていたが, pciMC は Geometric optics に base づ き, red blood cell の surface に対 す る incident angle お よ び refractive index difference か ら photon の ベ ク ト ル dimensional transformation を め る ミクロな Realm condition によってdispersionがexpressionされるため、red blood cell shape やdistribution、alignment などの剉化にcause する光伝Broadcast 剉changeを in the bloodシミュレーションできるモデルであり, extracorporeal circulation subsidy システThe optical properties of ムが出り出すBLOW are explained by できるモデルと成り得る. Description of しかしながら, Scattered Novel Dance and いをミクロな Realm Conditions によってするため、明らかにcalculate コストが Increase the problem of するというが生じる.このISSUEをSOLUTIONするために、PHYSICAL な法囲における、様々なVolume およびINDEX The rate of red blood cells is a scattering of red blood cells. The answer to this questionは、そのデータベースからNecessaryなanswerえをHUび出す form にプログラミングした.このRESULT, 従来のマクロな scattered performance であるMonte Carlo シミュレーションと comparison and calculation of コストはおよそ7% increase in the degree of improvement. The evaluation of the appropriateness of the PCIMC is open, and the ultra-short wavelength 651nm ultra-short light is 0.5 thick. ~ 4mm fresh blood layer through the broadcast time and received light intensity measurement, pciMC results and comparison.そのresult, 実measurement value, とのerror rate, average, 20% degree, 実用The precision of the accuracy is the same as the accuracy of the accuracy.

项目成果

Glucose Depletion enhances sensitivity to shear stress-induced mechanical damage in red blood cells by rotary blood pumps

葡萄糖消耗增强了旋转血泵对红细胞剪切应力引起的机械损伤的敏感性

• 发表时间: 2009
• 期刊: Artificial Organs 33(9)
• 作者: Daisuke Sakota;Ryuki Sakamoto;Naoyuki Yokoiyama;Mariko Kobayashi;Setsuo Takatani
• 通讯作者: Setsuo Takatani

Glucose depletion enhances shear induced mechanical damage in RBCs by rotary blood pumps

葡萄糖消耗增强旋转血泵对红细胞剪切诱导的机械损伤

• 发表时间: 2008
• 作者: Daisuke Sakota;Ryuki Sakamoto;Naoyuki Yokoiyama;Mariko Kobayashi;Setsuo Takatani;Daisuke Sakota;Daisuke Sakota;迫田大輔;迫田大輔;迫田大輔;迫田大輔;Daisuke Sakota;Daisuke Sakota
• 通讯作者: Daisuke Sakota

血液ポンプせん断負荷が血球代謝に与える影響

血泵剪切负荷对血细胞代谢的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: Daisuke Sakota;Ryuki Sakamoto;Naoyuki Yokoiyama;Mariko Kobayashi;Setsuo Takatani;Daisuke Sakota;Daisuke Sakota;迫田大輔;迫田大輔;迫田大輔
• 通讯作者: 迫田大輔

Shear induced blood trauma and alteration of red blood cell deformability in ratary blood pumps

剪切引起的血液损伤和旋转血泵中红细胞变形性的改变

• 发表时间: 2008
• 作者: Daisuke Sakota;Ryuki Sakamoto;Naoyuki Yokoiyama;Mariko Kobayashi;Setsuo Takatani;Daisuke Sakota;Daisuke Sakota;迫田大輔;迫田大輔;迫田大輔;迫田大輔;Daisuke Sakota
• 通讯作者: Daisuke Sakota

Time-resolved optical spectroscopic quantification of the red blood cell damages caused by the cardiovascular devices

心血管装置引起的红细胞损伤的时间分辨光学光谱定量

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proceedings of SPIE 6864
• 作者: Daisuke Sakota;Ryuki Sakamoto;Naoyuki Yokoiyama;Mariko Kobayashi;Setsuo Takatani;Daisuke Sakota;Daisuke Sakota
• 通讯作者: Daisuke Sakota