Endoscopic NIRAF-LSCI Multimodal System with Pseudo-Color Visualization for Parathyroid Autofluorescence Localization and Tissue Perfusion Assessment: Preclinical Validation

技術要約：副甲状腺の局在特定および灌流評価のための内視鏡用NIRAF-LSCIマルチモーダルシステム

問題提起
術後の低パラチーシス症は、甲状腺手術における一般的かつ深刻な合併症であり、その主な原因は副甲状腺（PG）の誤切除または血流遮断である。近赤外自発蛍光（NIRAF）イメージングは、副甲状腺の正確な解剖学的局在化において有効性が検証されているが、腺の生存に不可欠な要素である腺灌流に関する機能的な情報を提供できない。一方、灌流評価に使用されるインドシアニングリーン（ICG）蛍光イメージングは、外因性の造影剤を必要とし、リアルタイムの連続モニタリングが困難であり、主観的な半定量的解釈に依存するという課題がある。レーザースペックルコントラストイメージング（LSCI）は、ラベルフリーでリアルタイムな微小灌流評価の代替手段となるが、既存の実装では、即時的な術中意思決定に必要な直感的な可視化やマルチモーダルな統合が不足していることが多い。本研究は、副甲状腺を特定すると同時に、その血管状態をリアルタイムで評価できるシステムの未充足の臨床ニーズに対処するものである。

手法
研究者らは、NIRAFとLSCIを単一のプローブに統合した、独自開発のマルチモーダル内視鏡システムを開発し、前臨床検証を行った。本システムは、両方のモダリティに対して統一された785 nmのレーザー光源を利用する：

• NIRAFモジュール： 副甲状腺を局在させるために、785 nmでの内因性蛍光を励起する。
• LSCIモジュール： コヒーレントな785 nm照射を用いて、赤血球からの動的光散乱を捕捉する。

アルゴリズムのワークフロー：

1. 定量化： システムは時間窓内でスペックルコントラスト（$K_t$）を計算するために、時間的レーザースペックルコントラスト解析（tLASCA）を採用する。血流指数（BFI）は、コントラストの二乗の逆数（$BFI = 1/(K^2 + \epsilon)$）として導出される。
2. 標準化： レーザー強度の変動や撮像距離の変化に対する堅牢性を確保するため、BFI値は5パーセンタイルから95パーセンタイルによるクリッピングを用いて正規化される。
3. 可視化： 正規化された灌流指数は、連続的な「ジェット」カラーマップ（低灌流／虚血を示す青・紫から、高灌流を示す赤・オレンジまで）にマッピングされ、人工的な離散的グレーディングを伴わない、疑似カラーによる半定量的表示を作成する。
4. アーチファクト抑制： 時間的自己相関デコリレーションアルゴリズムにより、呼吸や術操作によるモーションアーチファクトを軽減する。

実験モデル：
本システムは、8匹のスプラーグ・ドーリー（SD）ラットを用いて検証された。ラットの副甲状腺は極めて微小（直径0.3–0.5 mm）であるため、その相同な血流供給と解剖学的隣接性を考慮し、ラットの甲状腺を灌流の代用モデルとした。以下の3つの厳密に制御されたin situ条件を設定した：

1. 正常な固有血管形成。
2. 部分的な血管閉塞（片側血管の結紮）。
3. 完全な血管閉塞（主要なペディクルすべての結紮）。
   検証は、プローブベースの定量的NIRAF検出器と術後病理組織学（ヘマトキシリン・エオジン染色）による二重のゴールドスタンダードに対して行われた。

主な結果

• NIRAFによる局在化： 本システムは高い特異度を示した。病理学的に確認された副甲状腺は、$140.0 \pm 5.0$ mVの蛍光強度を示し、これは甲状腺（$94.5 \pm 0.7$ mV）、気管（$83.0 \pm 4.0$ mV）、および筋肉（$52.0 \pm 2.0$ mV）よりも有意に高かった（$P < 0.001$）。視覚的NIRAFモードは、偽陽性および偽陰性がゼロであり、陽性的中率（PPV）100%、陰性的中率（NPV）100%を達成した。全体の検出率は50%（8匹中4匹）であったが、これはシステム上の制限ではなく、ラットの副甲状腺の小ささと異所的配置に起因する。
• LSCIによる灌流評価： LSCIスペックルコントラストは、組織灌流と正確な逆相関を示した。灌流が正常から完全閉塞へと減少するにつれて、スペックルコントラストは段階的に上昇した。
• 疑似カラー可視化： 標準化されたワークフローにより、生のグレースケール・スペックルデータから直感的な疑似カラーマップへの変換に成功した。生のスペックルコントラストとカラーグラデーションとの間には1対1の対応関係があり、良好な灌流状態（赤）、虚血状態（オレンジ／黄）、および無血管状態（青）の組織をリアルタイムで正確に区別することができた。

意義および主張
著者らは、本研究が解剖学的特定と機能的灌流評価の間の溝を埋めるマルチモーダル内視鏡システムの妥当性を検証したと主張している。主な貢献は以下の通りである：

1. 二機能の統合： 本システムは、甲状腺手術における2つの核心的な課題、すなわち副甲状腺の特定と、外因性造影剤を必要としない生存能の評価を同時に解決する。
2. 標準化された半定量的ワークフロー： 提案された疑似カラーマッピングアルゴリズムは、抽象的なコントラスト値を、外科医にとって使いやすい連続的な視覚的グラデーションへと変換する。これにより、オフラインのポストプロセッシングを排除し、主観的なグレースケールや離散的グレーディングに伴う観察者間誤差を低減する。
3. リアルタイム・フィードバック： 微小灌流の状態に関する即時の視覚的フィードバックを提供することで、本システムは、副甲状腺の保存か予防的自家移植かの術中判断を導き、潜在的に術後低パラチーシス症の発症率を減少させることを目的としている。

本論文は、現在の前臨床検証において齧歯類モデルと甲状腺代用モデルを用いているものの、システムの性能特性、特にNIRAFの高い特異度とLSCIの動的な灌流変化に対する感度は、将来的な低侵襲甲状腺手術への臨床応用への強固な基盤を築くものであると結論付けている。