2020 Fiscal Year Research-status Report
4D imaging of arterial-wall fiber structure under pulsatile conditions by using synchrotron radiation phase-contrast CT
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20K21899
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
松本 健志 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (30249560)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
星野 真人 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光・イメージング推進室, 主幹研究員 (30508461)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ダイナミック位相CT / 血管拍動下観察 / 血管全周囲観察 / 放射光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
拍動中の血管壁の線維構造を局所的かつ大域的に観察できれば、大動脈の解離や瘤の形成など、限局的・非全周的な血管イベントの発症プロセスの理解が飛躍的に進む。本研究では、拍動内圧を受ける血管壁線維構造の微視的かつ全周的な観察を目的とし、極めて高い密度分解能を有するタルボ干渉計を用いたＸ線位相差ダイナミックCTの確立を進めている。
実験はSPring-8放射光施設で行った。CTシステムは試験部、タルボ干渉光学系、撮像部より構成される。試験部において血管試料の一端はプラグで閉じ、他端はチューブ系に導くコネクタにマウントした。また、コネクタとプラグの間には円筒外套を挟み、血管の長軸方向に生理的張力がかかる状態を維持した。血管試料は生理食塩水を満たした計測セル中に置かれ、拍動内圧はシリンジポンプによる血管内への生理食塩水の流入・流出によって発生させた。タルボ干渉計は使用したX線エネルギー20keVに最適化された同じ格子ピッチ（2.4μm）の位相格子（G1、ニッケル）と吸収格子（G2、金）から構成される（G1-G2タルボ距離：232mm）。X線検出には、P43蛍光板、ビームモニター、sCMOSカメラからなる可視光変換型検出器（画素サイズ：4.47 μm）を使用した。G2によるフリンジスキャン（露光時間40msec/スキャン）、血管拍動、投影角ステップの同期作動は、シリンジポンプからトリガー信号を制御PCに送信することにより実現した。得られた投影位相画像より血管壁の3次元密度分布を再構成した結果、血管線維構造の描出が拍動下において可能であることが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コラーゲンおよびエラスチンの密度は各々1.41、1.31[g/cm3]である。低濃度食塩水の検量に基づく本手法の密度分解能が2.45×10^-3[g/cm3]であったことから、本手法が血管壁線維の描出に有用であることが確認できた。さらに、生理的拍動下ではないが、ビーグル犬の頸動脈から摘出した血管試料への血圧負荷（1秒上昇、1秒降下、1秒一定の3秒周期）の条件下においても血管線維構造が描出され、動的・血管全周構造解析における本手法の実行可能性を示すことができた。また、変形解析手法の開発も並行して進めることができた。血管壁と同様に線維構造を持つ関節骨組織を利用した予備検討により、手法確立の目処も立っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
血管壁線維構造の描出が本手法によって可能であることが確認できたが、生理的な拍動周期における実験は未だ行えていない。また、十分な露光時間を確保できる定圧下の血管イメージに比べると解像度は低く、変形解析の精度は十分とは言えない。次年度以降は、CT撮像における血管拍動サイクルの増加によるデータ積算によって、解像度低下の一因となっている露光時間不足を解消し、拍動周期１秒における血管壁線維構造の描出を目指す。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染防止対策としてSPring-8放射光施設の2020上半期のユーザー実験実施が見送られたことに伴い、実験機器・消耗品・旅費に充てる予定であった予算が消化できなかった。見送られた実験は2021年度に行う予定である。
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Research Products
(2 results)
