2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of low-cost and non-invasive diagnostic technique using light
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19K09633
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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 – 2022-03-31
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| Keywords | ラマン分光法 / 近赤外分光法 / 赤外分光法 / 骨質 / 関節 / 光ファイバーケーブル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本は超高齢化社会に突入し，要介護者数は増加の一途を辿っている。特に都市部では，老々介護の世帯数が増加している。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，特に老化に伴い膝関節に発症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，診断には単純X線やMRIを用いている。しかしながら，それぞれ被曝，ペースメーカー利用者が計測できない，装置が高価，利用環境が限られるなどの問題を抱えている。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す。これまで光，特にラマン分光法や近赤外分光法を用いた骨や関節の研究では，軟骨の劣化に伴う水分量やコラーゲン構造の変化について報告されている。一方，in vivo で行う非侵襲的な診断技術の開発には至っていない。本研究では，変形性膝関節症モデルラットおよびウサギの膝関節，大腿骨，脛骨を評価しながら，光を用いた非侵襲的かつ低コストで行える関節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に接続する，計測および検出を目的とした光ファイバーケーブルの検討，装置と光ファイバーケーブル接続部の開発，装置の制御部の開発を行うとともに，検出シグナルの増幅とノイズの除去を行う仕組みを構築する。この研究を遂行するためには，微弱なシグナルを検出し，軟骨だけの情報を抽出する必要がある。そのためには，軟骨およびその周辺の骨の網羅的な定性・定量分析と得られた大容量データの処理方法についても検討する必要がある。2019年度は，1）近赤外励起ラマン分光装置ならび近赤外分光装置に接続する光ファイバーケーブル，2）各装置と光ファイバーケーブルの接続部，3）ノイズフィルターについて検討を行った。また，ラットの大腿骨を計測しながら，測定条件や解析方法について検討し，その成果の一部を学会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は，1）近赤外励起ラマン分光装置ならび近赤外分光装置と光ファイバーケーブルの接続部，およびノイズカットフィルターについて，計画を変更する必要があった，2）実験計画の変更に伴い，装置制御部とソフトウエアの開発に遅れが生じた，3）COVID-19感染防止対策のため，遅れた部分を先に進めることができなかったことから，やや遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に引き続き，1）光ファイバーケーブルと近赤外励起ラマン分光装置，ならび近赤外分光装置の接続部の開発を行う，2）検出シグナル増幅のための光増幅器とノイズフィルターについて検討する，3）近赤外励起ラマン分光装置の励起レーザーについて，そのパルス幅，照射エネルギー，照射時間などを検討する，4）装置の制御部ならびソフトウエアの開発を行う。
また，微弱なシグナルを検出し，軟骨だけの情報を抽出するために，軟骨およびその周辺の骨について網羅的な定性・定量分析を行い，大容量データの処理方法についても検討する。具体的には，変形性膝関節症モデルや健常なラットの膝関節，大腿骨，脛骨について，それぞれ皮膚や筋肉などを通して計測した場合と，膝関節，大腿骨，脛骨を直接計測した場合とを比較しながら，5）測定条件について検討する，6）データの解析方法について検討する，7）測定誤差やばらつきについて検討する。
さらに，マイクロCTによる同一検体の測定も行い，近赤外励起ラマン分光法と近赤外分光法から得られた変形性膝関節症モデルの膝関節，大腿骨，脛骨のデータと合わせ，変形性膝関節症の病態を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は，1）研究の打ち合わせ，調査目的の学会参加の旅費，宿泊費，日当などを他の予算で支払うことができた，2）光ファイバーケーブルならび小型超低温槽を安価に購入することができた，3）近赤外励起ラマン分光装置ならび近赤外分光装置と光ファイバーケーブルの接続部，ノイズフィルター，装置制御部について研究計画を変更したため，当初使用する予定であった光学部品の購入を控えたために生じた。
次年度使用額については，実験動物やソフトウエア，光学部品など消耗品の購入に使用する予定である。
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