2019 Fiscal Year Research-status Report
光生体イメージングによる生体モデリングを用いたオプトジェネティクス制御の高精度化
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18K04188
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| Research Institution | National Defense Medical College |
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Principal Investigator |
大川 晋平 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 助教 (20432049)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫛引 俊宏 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 准教授 (30403158)
平沢 壮 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 助教 (60583086)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | photoacoustic imaging / image reconstruction |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オプトジェネティクスや低出力レーザー治療、光線力学療法等の光を用いた治療の高度化を目的として研究を行っている。この高度化には、治療対象となる生体組織・臓器の光照射による反応を計測およびモデル化し、生体内の光の散乱と吸収に関わるパラメータ（光学特性値）分布を同定し、生体内光伝播モデルを利用して治療対象に到達する光量を予測しながら、光の照射を制御することが必要になる。
令和元年度は、おもに生体内の治療対象の光音響イメージングによる定量的な計測について研究を進めた。血液に含まれるヘモグロビン等の光吸収体を含む組織を定量的にイメージングする際に、生体深部では光の拡散による減衰のため、光伝播の様子を考慮に入れた画像再構成を行う必要があり、従来からアルゴリズムを提案してきたが、これまでの定量的画像再構成法では画像にぼやけが生じ、深さが異なると濃度が異なって再構成されてしまう問題があった。p-ノルム（0< p <2）を小さくする正則化法を導入してアルゴリズムを改良し、画像のぼやけと光吸収体濃度の再構成値の深さ依存性を低減することを生体模擬試料やウサギを用いた実験で実証することができた。
さらに、マウスの皮膚における創傷の様子を光音響イメージングによってモニタリングし、その治癒の過程を観察して、光照射や薬剤の効果について検討する研究に取り掛かっている。オプトジェネティクスは実際の臨床において治療に使用することは難しいが、皮膚の創傷治癒に関して治療機序の解明と非侵襲的で効率的なモニタリングを行うことができるようになれば、臨床的にも価値があるものと考える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
マウスを対象とした光音響イメージングによる測定について検討が進んでいる。生体深部のオプトジェネティクスについては未だ着手できていないため、進捗状況はやや遅れているとしたが、当初の予定とはやや異なるが光音響イメージングと合わせて、超音波イメージングを同時に行う装置を使用できるようになってきており、また、生体深部の光吸収体を含む細胞・組織の定量についてアルゴリズムの開発が順調に進捗している。さらに当初の研究計画をもとにして、皮膚の創傷の治療など、より臨床応用に近い研究に応用範囲を広げていくことの可能性がでてきている。
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| Strategy for Future Research Activity |
生体深部でオプトジェネティクスをモニタリングすることについて予定通りに研究が進められておらず、予算の使用に遅れが生じている。令和２年度はまず生体表面の皮膚の治療について、光音響イメージングによるモニタリングとモデリングを進める。従来の治療法やbFGFを用いた治療、あるいは光照射の効果について比較を行い、光を用いた治療のモニタリングと、治療の機序の解明に結び付けられるようにする。その研究成果を発展させて、生体深部のモニタリングを行えるように研究を進めていく。動物実験に用いるマウスの購入や、光音響イメージング装置の改良に予算を使用する。また、今年度の研究成果を論文として発表するために予算を使用する。
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| Causes of Carryover |
生体深部でオプトジェネティクスをモニタリングすることについて予定通りに研究が進められておらず、予算の使用に遅れが生じている。令和２年度はまず生体表面の皮膚の治療について、光音響イメージングによるモニタリングとモデリングを進める。従来の治療法やbFGFを用いた治療、あるいは光照射の効果について比較を行い、光を用いた治療のモニタリングと、治療の機序の解明に結び付けられるようにする。その研究成果を発展させて、生体深部のモニタリングを行えるように研究を進めていく。動物実験に用いるマウスの購入や、光音響イメージング装置の改良に予算を使用する。また、今年度の研究成果を論文として発表するために予算を使用する。
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