分光画像を「空間のつながり」から読み解く新手法を開発~これまで見えなかった病気や異物の情報を明らかに~

2025-10-23 北海道大学,大阪大学,京都府立医科大学

北海道大学・大阪大学・京都府立医科大学の研究チームは、ラマン分光画像の解析に「空間的つながり」の概念を導入する新手法を開発した。従来は各点の化学情報のみを解析していたが、周囲との類似度を定量化し、空間的不均一性を考慮することで、信号の弱い未知物質や病変組織を高精度に識別可能とした。生体組織中の異物検出、非アルコール性脂肪肝炎(NASH)の鑑別、アスベストやマイクロプラスチック検出などへの応用が期待される。光学データと化学情報を融合したこの解析は、分光画像診断の感度と再現性を飛躍的に高める新原理とされる。成果は『Scientific Reports』誌に掲載。

分光画像を「空間のつながり」から読み解く新手法を開発~これまで見えなかった病気や異物の情報を明らかに~
街の地図と肝組織のラマン画像の対比。RGBの三色に比して、数百色にも相当するラマン画像においても空間方向の情報を加味することで診断精度が向上することが判明。

<関連情報>

空間-化学情報がラマンイメージングにおける非アルコール性脂肪肝炎の鑑別能力の向上させる Integrating spatial and chemical information enhances differentiation of non-alcoholic steatohepatitis states in Raman imaging

Ryoya Kondo,Yuta Mizuno,Kentaro Mochizuki,Kosuke Hashimoto,Jean-Emmanuel Clément,Yasuaki Kumamoto,Katsumasa Fujita,Yoshinori Harada & Tamiki Komatsuzaki
Scientific Reports  Published:13 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-025-17495-z

Abstract

Machine learning studies for Raman imaging have addressed the differentiability of normal and diseased states in biomedical applications by grouping a set of Raman spectra in terms of spectral similarity over the sample. However, Raman imaging provides both chemical information relevant to the underlying chemical species and their spatial distribution across the biological samples. Utilizing both the chemical and spatial information may further discriminate the sample states more than just using the spectral similarity free from the spatial structure. Here, we develop a Raman image analysis method integrating spatial and chemical information. The crux of our method is to introduce a measure to quantify spatial heterogeneity among Raman spectra at each pixel, and to classify Raman images using information theory, based not directly on the Raman spectra themselves at individual pixels but on the spatial heterogeneity in the spectral space over the surroundings. In this paper, we applied the method to a set of liver tissues dissected from non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) rat model, each of which is pathologically classified into normal, nonalcoholic fatty liver (NAFL) and non-alcoholic steatohepatitis (NASH), respectively. We show how the pathologically-identified liver states can be further classified using chemical information, and both chemical and spatial information. All NASH tissues that are belonging to a same cluster in spectral similarity are found to be further divided into substates that correlate the progression of the NAFLD disease, and subtle contamination of bloods that often prevents from appropriate pathological judgments. The potential of a use of both chemical and spatial information in Raman imaging is expected to enhance the differentiability of disease states of biological samples.

1603情報システム・データ工学
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