Development of low-cost and non-invasive diagnostic technique using light
| Project/Area Number |
19K09633
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 56020:Orthopedics-related
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
須田 廣美 (木村―須田) 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 教授 (00574857)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千葉 恒 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 助教 (00457574)
小田 久哉 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (60405701)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 近赤外分光法 / 赤外分光法 / ラマン分光法 / 骨質 / 関節 / 光ファイバーケーブル / 変形性膝関節症 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、近赤外光を用いた非侵襲的、かつ低コストで関節診断を行える装置、及び診断技術の開発を行う。具体的には近赤外励起ラマン分光装置ならび近赤外分光装置を一体化させた関節診断装置を開発する。さらに、開発した装置による変形性膝関節症モデルラットやウサギの膝関節、大腿骨、脛骨部位の評価を行いながら関節診断技術の開発を行い、関節診断装置を改良しながら診断の精度を高める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本は超高齢化社会に突入し，要介護者数が急激に増加，介護を担う人手が不足することで老々介護やヤングケアラーの数も増加している。このような背景から，健康寿命を意識した運動機能の維持について様々な検討がなされ，歩行を困難にする変形性膝関節症の早期発見，早期治療が課題となっている。現在，変形性膝関節症の診断には単純X線やMRIが用いられている。しかしながら，それぞれ利用者や利用環境などが限定され，装置も高価である。本研究では，光を用いた非侵襲的かつ低コストで計測できる関節診断技術の開発を目指している。令和元年度は，装置構成の基本光学設計を行い，励起光照射部，信号光の受光部と分光装置への導入部の仕様を決めた。令和2年度は，想定するラマン波長成分の高S/N検出を実現する励起光レーザーおよび励起光導入の光ファイバーの組み合わせを実験から決めた。また，当該光ファイバーを用いて，近赤外分光装置によるサケ・マスの椎骨と関節の評価を行った。令和3年度は，ラマン散乱光検出部の最適化を，励起レーザー光出力調整とノイズ光除去フィルター選定によって実施し，被測定物として用いたヒドロキシアパタイトのラマンスペクトル観測に成功した。近赤外分光装置については，光ファイバーケーブルの接続有無で得られたヒドロキシアパタイト，コラーゲン，プロテオグリカンのスペクトルを比較しながら装置の精度について評価した。令和４年度は，ラマン散乱光検出部の更なる最適化を試みたが，定量的な評価が可能なシグナル強度を得るには至っていない。一方，近赤外分光装置によるコラーゲン，プロテオグリカンの定量的評価の開発は順調に進み，定量評価のための検量線作製を行った。結果成果の一部は学会等で発表し，第35回北海道骨粗鬆症研究会学術集会，第35回代用臓器・再生医学研究会総会/日本バイオマテリアル学会北海道ブロック第7回研究会では受賞した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染拡大による研究計画変更等で遅延が生じている。
定量評価に向けたラマン散乱光検出部の最適化のため，励起レーザー光の出力調整とノイズ光除去フィルターの選定を再度試みたが，一部光学系と検出器に不具合が生じたため，定量評価が可能なシグナル強度を得るには至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，1)から4)の方針で研究を推進する。
1)近赤外励起ラマン分光装置については，光学系の調整や検出器の調整を行い，シグナル強度を向上させ，コラーゲン，プロテオグリカン，ヒドロキシアパタイトなどの定量評価を行う。
2) 市販の顕微ラマン分光装置を用いて得た骨や関節のスペクトルと光ファイバーケーブルを使用して得られた骨や関節のスペクトルを比較しながら，構築した近赤外励起ラマン分光装置の精度について評価する。
3) 近赤外分光装置については，前年度に引き続き，光ファイバーケーブルを用いたin vivo，in vitro測定により得られたサケ・マス，ラットの骨や関節のスペクトルを解析し，中赤外分光法(in vitro)により得られたサケ・マス，ラットの骨や関節のデータと比較しながら，光ファイバーケーブルを接続した近赤外分光装置の精度について評価する。
4)近赤外励起ラマン分光装置と近赤外分光装置から得られた骨や関節のデータの相関について検討する。
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Report
(4 results)
Research Products
(13 results)
