2020 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 |
超高齢化社会に突入し，健康寿命を意識した運動機能の維持や，老化に伴って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。膝関節の診断には，単純X線やMRIなどの画像診断技術が用いられている一方で，それぞれ被曝やペースメーカー利用者が計測できない，装置が高価，装置の設置環境に制限があるなど，様々な問題を抱えている。本申請で提案する光ファイバーを接続した近赤外励起ラマン分光装置や近赤外分光装置は，膝関節のような水を含んだ複雑な部位の特性を調べるのに適している。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が，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，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し，非侵襲的かつ低コストで行える関節診断技術の開発を目指す。2020年度は昨年から引き続き，1）近赤外励起ラマン分光装置の開発，2) 近赤外励起ラマン分光装置と光ファイバーケーブル接続部の検討，3) 近赤外分光装置に接続する光ファイバーケーブルの選定，4) 光ファイバーを接続した近赤外分光装置によるサケ・マス椎骨の評価,3) 光ファイバーケーブルを接続した近赤外分光装置によるin vivoにおける関節，骨の評価を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究が遅れた主な理由は，下記の通りである。
1) 近赤外励起ラマン分光装置を開発したが，研究構想段階に励起レーザーとして候補であったYAGレーザーは，実験結果から本装置には適していないことが判明した。そのため，励起レーザーを再選定することになった。
2) 1)の理由から，開発した近赤外励起ラマン分光装置の代用として，市販の顕微ラマン分光装置による骨や関節の評価を試みたが，そのレーザーが故障し，修理に半年近くを要した。
3) 緊急事態宣言発令やCOVID-19感染防止対策のため，研究時間や研究室の利用制限受けた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方針は，下記の通りである。
1) 微弱なラマンシグナル光のSN比を向上させるため、2020年度に構築した近赤外励起ラマン分光装置の励起レーザーをより出力強度の大きなレーザーにすることによりシグナル光強度の増大を図る。
2) １）と並行して，市販の顕微ラマン分光装置を用いて骨や関節の評価を行う。特に，肉や皮が付いた状態での評価を行いながら，測定条件の最適化を行う。
3) 近赤外分光装置に光ファイバーケーブルを接続し，骨や関節の測定を行う。
4) 光ファイバーケーブルを接続した近赤外分光装置により得られた骨や関節のデータについて，その解析結果をまとめ，論文を作成，投稿する。
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| Causes of Carryover |
緊急事態宣言発令やCOVID-19感染予防対策のため，研究室へのアクセスや実験時間に制限を受けるなど，十分な時間を研究に確保することが困難であった。また，同様の理由で，装置開発に必要な部品を入手することも，修理が必要であった装置を修理することもできなかった。そのため，次年度使用額が生じた。この次年度使用額は，翌年度分として請求した助成金と合わせて，近赤外分光装置に接続する光ファイバーケーブルの購入に使用することを計画している。
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