Establishment of a non-invasive early detection of lymphedema by subcutaneous adipose tissue assessment using high-precision EIT

利用高精度 EIT 评估皮下脂肪组织建立无创早期淋巴水肿检测方法

基本信息

批准号：
22KJ0485
负责人：
小川良磨
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題は、電気インピーダンス・トモグラフィ(EIT)法の高精度化による新たなリンパ浮腫早期発見法の確立を目的としており、2022年度は、本研究課題の1年目にあたる。本年度では、「皮下脂肪組織の局所的可視化計測」に関する研究を実施した。従来のEIT法では、導電率の時間・空間変化が局所的に生じる場では、測定したインピーダンスに及ぼす影響が非常に小さく、導電率の局所的可視化計測は難しかった。そこで本研究では、このような可視化計測の問題を解決すべく、局所的変化を抽出可能なスパースベイズ学習（SBL）を用いた周波数差EIT(fdEIT)を提案した。提案手法は、ステップ1: ブロック列ベクトル形成、ステップ2: 導電率の先験情報を用いた皮下脂肪識別、ステップ3:時間相関抽出から構成される。提案手法を評価すべく、第一に、数値シミュレーションにより再構成画像の精度について検証した。皮下脂肪組織と筋肉であるバックグラウンドの導電率が大きく時間変化する場に対して、静脈付近の導電率の時間・空間局所的変化を抽出して、その精度を定性的に検討し、さらに、静脈・皮下脂肪組織・筋肉それぞれの導電率比をパラメータとして、定量的に検討した。第二に、健常者15名に対して長時間立位と脚拳上により下肢浮腫を発生させる実験を行い、細胞外液の時間・空間局所的変化の可視化計測を行った。皮下脂肪組織の空間平均導電率は、従来法である生体電気インピーダンス法（BIA）によるインピーダンスと強い正の相関を示し（相関係数0.715＜R＜0.957、n＝15、p＜0.05）、長時間立位時に減少し、脚拳上時に増加した。皮下脂肪組織の空間平均導電率は皮下細胞外液のナトリウムイオン濃度変化と関連し、導電率の局所的最大位置は大伏在静脈と関連していたことも確認した。

该研究项目旨在通过提高电阻抗断层扫描（EIT）的精度，建立一种早期检测淋巴水肿的新方法，2022年是该研究项目的第一年。今年，我们进行了“皮下脂肪组织局部可视化测量”的研究。使用传统的EIT方法，在电导率发生局部时间和空间变化的领域中，对测量阻抗的影响非常小，使得电导率的局部可视化测量变得困难。在这项研究中，我们提出了一种使用稀疏贝叶斯学习（SBL）的频差EIT（fdEIT），它可以提取局部变化，以解决这一可视化测量问题。所提出的方法包括步骤1：块列向量形成，步骤2：使用电导率的先验信息识别皮下脂肪，以及步骤3：时间相关性提取。为了评估所提出的方法，首先，我们通过数值模拟验证了重建图像的准确性。对于皮下脂肪组织和肌肉的背景电导率随时间变化较大的领域，我们提取静脉附近电导率的局部时间和空间变化，定性检验其准确性，并进一步利用静脉的电导率比进行定量研究，皮下脂肪组织和肌肉作为参数。其次，我们进行了一项实验，其中15名健康受试者因长时间站立并用拳头抬起腿而出现下肢水肿，我们对细胞外液的时间和空间局部变化进行可视化和测量。皮下脂肪组织的空间平均电导率与常规生物电阻抗分析（BIA）测得的阻抗呈强正相关（相关系数0.715 < R < 0.957，n = 15，p < 0.05），站立数小时后下降；并在抬腿时增加。我们还证实，皮下脂肪组织的空间平均电导率与皮下细胞外液钠离子浓度的变化相关，并且电导率的局部最大位置与大隐静脉相关。