京大,光超音波イメージングで手掌動脈を可視化

京都大学の研究グループは,無被ばくで造影剤の使用無しに血管を高精細に画像化できる「光超音波イメージング技術」を用いて,20~50歳台の健常な男女を被験者とする探索的臨床研究を行なった。その結果,手掌動脈の極めて精細な3D画像が得られ,同技術により加齢に伴う手掌動脈の湾曲傾向を定量的に解析することに成功した(ニュースリリース)。

血管は血液の通り道であり,生体全体に酸素や栄養を届けるために重要な器官。加齢や疾患などによって,血管の構造が変化することが知られており,健常人と疾患者の血管形状比較により,生活習慣病などの疾患リスクを評価できる可能性がある。

これまでの血管イメージングでは,造影剤が必要であったり,被ばくのあるX線を用いたり,あるいは高価なMRI検査を受けて画像を取得する必要があった。一方で,造影剤が不要で侵襲のない超音波診断装置に搭載されているドップラー画像によっても血流画像化が可能だが,その解像度には限界があった。このため,健常人での血管イメージングの研究はこれまであまり行なわれてこなかった。

研究グループは,生体の血管構造解析の第一段階として,手掌の血管に着目。光超音波イメージング技術を用い,20~50歳台の健常な男女22名の手掌血管を撮像し,動脈が加齢に伴って湾曲する様子を科学的に画像化した。乳房画像診断用として開発した装置をそのまま用い,手掌の血管を撮影した。その結果,皮膚直下には非常に多くの静脈が存在している様子が画像化できた。

一方,動脈硬化などの生活習慣病にかかわる動脈は,表面近傍の静脈の陰に隠れてしまい、明瞭に観察できなかった。そこで,研究グループはコンピュータグラフィックスの分野でよく利用されるクロスシミュレーションを採用して皮膚の表面位置情報を求めた。これはデータ上の光超音波による手の血管像の上から仮想的に布を垂らすことによって皮膚位置を近似する手法。

主に解析した血管は,総掌側指動脈(手のひらを縦に走る3本の動脈)と固有掌側指動脈(親指を除く各指の両側8本の動脈)。年齢階層ごとにグループ分けして血管の形状を数値に落とし込み,統計解析を行った結果,加齢に伴って曲率が有意に大きくなっていることがわかった。

研究グループは,これまで光超音波イメージング技術を用いて乳癌の腫瘍関連血管の画像化研究を行なってきた。装置の改良により血管の構造が精細に画像化されるようになっただけでなく,乳癌の研究で行なってきた解析のノウハウを応用し,血管の半自動抽出(トレーシング)技術を開発して血管の曲率を計算することができた。

今回の結果は生活習慣に起因する動脈硬化の様子や,局所の血管状態が全身性疾患の兆候,あるいは発病後はその進行度などを反映している可能性があるという。また,先天性の血管変化などの性状の観察も可能とする。研究グループは引き続いてデータを蓄積し,データの信頼性を高めるとともに,健常血管,病的血管の鑑別法の検討や新しい診断手法の開発などを行なう予定。

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