ENGLISH

次世代研究インキュベータ

リンパ浮腫モニタ

リンパ浮腫の視える化で 患者の苦痛を取り除く

――低コストかつ簡易に使える機器を開発し、早期発見と病状の適切な把握を実現する
研究キーワード:電気インピーダンス・トモグラフィー(EIT)、リンパ浮腫、クラウドコンピューティング            

乳がんや子宮がんなどの婦人科がんの手術を受けた患者の約3割に発症する「リンパ浮腫」という疾患がある。手術でリンパ節を切除したり、放射線治療を行ったりすることでリンパの流れが 停滞し、腕や脚に異常なむくみが生じるものだ。「この疾患は長らく見放された後遺症と言われ、ごく最近になって研究者の間で注目がされ始めました」。工学研究院の教授、武居昌宏はこう話す。「発症リスクは生涯続き、発見が遅れると完治できず、心理的負担が大きいのが特徴です。良好な予後のためには、リンパ浮腫のステージ0や 1の早期発見が極めて重要であるものの、未だにその検出機器が存在しないのです」。

武居は、千葉大学の工学、医学、薬学、及び理学の専門家チーム結成し、インターネットを用いた診断機能を持ち、家庭で使えるリンパ浮腫トモグラフィク・モニタを開発することで、リンパ浮腫の診断精度を向上させることを目指している。

小型の電子トモグラフィー

機械工学者である武居の信条は、「目に見えないものを機械を使って視える形にすること」。これまで、電気トモグラフィーのハード ウェア、ソフトウェア、その応用研究に携わっ てきた。トモグラフィーとは断面可視化計測のことを指し、CTとも呼ばれる。医療用CTは数 億円もする大きな機械で、患者自身が家庭で手 軽に使うことは不可能な代物である。この課題 は世界でも認識されており、90年代には、英国のマンチェスター大学において、新しい電気トモグラフィーの理論的な構築が開始された。

「ヨーロッパ・アクション」と呼ばれるこのプロジェクトに、武居も立ち上げ当初から参画していた。研究の過程では難題が続出し、研究者らは、センサ開発、ノイズ低減と高速化を実現するための電気回路開発、数学的な逆問題解法と呼ばれる画像再構成ソフトウェアの開発、産業や生体への応用に関する用途開発など、一つ 一つ課題の解決を図った。しかし、プロトタイプとして完成した機器は、価格が数百万円に上 り、精度も決して良いとは言えなかった。

「当時、もし数万円で手軽に自分の体内を視ることができれば、革新的な機器になると思っていました」(武居)。ブレークスルーに至ったのは、診断機能を持った小型電気トモグラフィーの技術だった。体の外側から多数の電極を配置し、微弱な電流を体内に流す。さらに電位を計測できるウェアラブルセンサと小型のハー ドウェア、数学的なアルゴリズムを用いて、体内の導電率と誘電率の分布を周波数ごとに画像化する仕組みだ。

現在、武居が率いる本研究プロジェクトでは、簡便に使えるIoTリンパ浮腫トモグラフィク・モニタを開発中である。まず、巻くだけセンサの多数電極から、小型計測部で計測した四肢のインピーダンスデータはクラウドコンピュータに送られる。次に、3次元空間に時間軸を加えた四肢断面の4D画像を、専門ソフトウェアによりクラウド上で高速に再構成する。さらに、機械学習を用いて、リンパ浮腫画像のビックデータ解析による早期発見と浮腫ステージ診断を行う。リンパ浮腫の発生や進行の仕組みを解明するためには、工学と医学の知見だけではなく、薬学や理学分野における考察が欠かせない。武居らは、こうした統合的な探求の結果 得られた知見をプロトタイプに実装し、精度と利便性の両方の向上を目指している。これにより、リンパ浮腫患者は、家に居ながらにして、ステージの確認が可能になる。

「最終的には、携帯端末でリアルタイムに病 状を可視化することで、リンパ浮腫に悩む患者さんの苦痛を軽減したいと考えています」。

CHIBA RESEARCH 2020より)

Members

推進責任者
研究者名 役職名 専門分野
武居 昌宏 教授(工学研究院) 混相流体計測工学
中核推進者(学内研究グループ構成員)
                     
研究者名 役職名 専門分野
秋田 新介 助教(医学部附属病院) 形成外科学、リンパ管マイクロ・サージャリー
下村 義弘 教授(工学研究院) ヒューマノミクス・デザイン
菅原 路子 准教授(工学研究院) 細胞工学
三川 信之 教授(医学研究院) 形成外科
堀越 琢郎 講師(医学部附属病院) 画像診断学
山口 匡 教授(フロンティア医工学センター) 生体物性計測、医用超音波
眞鍋 一郎 教授(医学研究院) リンパ浮腫
菅 幹生 准教授(フロンティア医工学センター) 医用画像工学、MRI、PET、生体物性計測、粘弾性ファントム
吉田 憲司 准教授(フロンティア医工学センター) 超音波医工学、マイクロナノバブル
藤本 浩司 助教(医学部附属病院) 乳腺外科
錦見 恭子 助教(医学部附属病院) 卵巣癌

受賞歴

武居 昌宏 (2018)経済産業省NEDO NEDO先進的IoTプロジェクト選考会議 審査員特別賞
武居 昌宏 (2018)経済産業省NEDO NEDO Technology Commercialization Program2018 ファイナリスト賞
武居 昌宏 (2015)米国機械学会流体工学部門(ASME-FED) 貢献表彰
武居 昌宏 (2014)Asia Design Engineering Workshop (DEWS2013) Best Presentation Award

プレスリリース

2016年2月26日 第1回千葉大学リンパ浮腫研究シンポジウムの開催 平成28年3月5日(土)