術中がん診断を高精度化する新しい組織画像AI技術(Intraoperative Tumor Histology May Enable More-Effective Cancer Surgeries)

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2026-01-12 カリフォルニア工科大学(Caltech)

手術中にリアルタイムで腫瘍の組織学的情報を得る新しい技術を開発した成果を報告している。従来、腫瘍手術では切除した組織を病理検査に回し、がん細胞の有無や境界を調べる必要があるため、結果が出るまでに時間がかかる。この時間遅延は手術の効率を損ない、不要な追加切除や再手術のリスクにつながる。Caltechの研究チームは、光学的手法や機械学習を統合したリアルタイム組織学技術を開発し、手術中にその場で腫瘍組織の状態を高精度に判別できるようにした。これにより、手術中に腫瘍の境界をより正確に識別し、健康組織の温存とがん細胞の完全切除の両立が可能になる。将来的には、脳腫瘍や他臓器のがん手術で使用され、患者の転帰改善と手術時間の短縮に寄与することが期待される。本研究は手術支援技術と生命情報工学の融合例としても注目されている。

術中がん診断を高精度化する新しい組織画像AI技術(Intraoperative Tumor Histology May Enable More-Effective Cancer Surgeries)
From left to right: Images of kidney tissue as detected with UV-PAM, as imaged by AI to mimic traditional H&E staining, and as they appear when directly treated with H&E staining.

<関連情報>

ディープラーニングを活用したラベルフリーの細胞内解像度光音響組織学を用いた迅速な癌診断 Rapid cancer diagnosis using deep learning–powered label-free subcellular-resolution photoacoustic histology

Byullee Park, Rui Cao, Yilin Luo, Cindy Liu, […] , and Lihong V. Wang
Science Advances  21 Nov 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adz1820

Abstract

Traditional hematoxylin and eosin staining in formalin-fixed paraffin-embedded sections, while essential for diagnostic pathology, is time-consuming, labor intensive, and prone to artifacts that can obscure critical histological details. Label-free ultraviolet photoacoustic microscopy (UV-PAM) has emerged as a promising alternative, offering fast histology-like images without the need for traditional staining and excessive tissue preparation. However, current UV-PAM systems face challenges in achieving the high spatial resolution required for detailed histological analysis and diagnosis. To address this, we developed a subcellular-resolution UV-PAM (SRUV-PAM) system with a 240-nanometer resolution, enabled by the integration of a high numerical aperture (NA) objective lens (NA = 0.64) and the precise piezo actuators for fine scanning control. This configuration allows visualization of detailed nuclear structures. In addition, we demonstrated virtual staining of SRUV-PAM images via cycle-consistent generative adversarial networks and diagnosis of malignant and benign tumors in liver tissues via densely connected convolutional networks DenseNet-121, achieving an area under the receiver operating characteristic curve of 0.902.

医療・健康
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