2011 Fiscal Year Research-status Report

超高速Ｘ線デュアルビーム撮影によるラット咀嚼、嚥下と顎舌運動の高精度３Ｄ立体解析

Research Project

Project/Area Number	23593021
Research Institution	Tokyo Medical and Dental University
Principal Investigator	ゼレドジョージ東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 非常勤講師 (10363459)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	粂井康宏東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 講師 (30161714)
Project Period (FY)	2011-04-28 – 2014-03-31
Keywords	X線撮像 / 非侵襲モニタリング / 咀嚼運動 / マウス / 生体信号
Research Abstract	研究の第１段階として、まず１台のX線照射装置を用いて、非侵襲非拘束状態でのマウス咀嚼運動時のX線透過映像の取得する要素技術を確立した。また、従来の可視光観察では得られない咀嚼運動のみならず、心拍動、呼吸、顎関節の運動の定量的な計測が可能となり、咀嚼時の生体運動全体を多面的に捉える技術の開発に成功した。同時にX線の照射強度（管電圧、管電流）の条件、焦点距離などの最適条件を決定することができた。しかしながら、X線映像は透過映像であり映像が2次元化してしまうため奥行に対する情報が欠落し、生体の姿勢変化が起こった際に角度情報に誤差が発生する問題が残った。また、一方向からの撮影では、観察対象となる臓器や骨格が互いに重複したり、運動が観察できない方向で撮影されたりするため、十分な情報を得ることができなかった。そこでマウスを２方向からX線撮影し、得られたデータを３次元化することにより、情報の欠落を防ぐ対策を行った。さらに当初研究計画には記載されていなかったが、初年度の試験的開発の途中で、新たに各X線源の照射方向と同軸の可視光映像を撮影し、可視光観察とX線透過映像の観察データを互いに補完することによって、映像解析の精度を向上させるための要素技術の開発に成功した。可視光映像と透過映像を同軸上で撮影する装置の開発により、可視光映像上に生体の透過映像をオーバーレイ表示させた状態で咀嚼運動のみならず、臓器、骨格全体の動きを観察し、映像解析の精度を一段と高めたX線ー可視光同時映像解析技術の開発にも成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 最初に１台のX線照射装置を用いて、非侵襲非拘束状態でのマウス咀嚼運動時のX線透過映像の取得する基盤技術を確立した。次いで従来の可視光観察では得られない咀嚼運動のみならず、心拍動、呼吸、顎関節の運動の定量的な計測を実現させ、咀嚼時の生体運動全体を多面的に捉える技術の開発に成功した。同時にX線の照射強度（管電圧、管電流）の条件、焦点距離などの最適条件を決定することができた。また、各X線源の照射方向と同軸の可視光映像を撮影し、可視光観察とX線透過映像観察のデータ補完による映像解析の精度向上に成功した。さらに可視光映像と透過映像を同軸上で撮影する装置の開発により、可視光映像上に生体の透過映像をオーバーレイ表示させた状態で咀嚼運動のみならず、臓器、骨格全体の動きを観察する多次元映像解析技術の開発にも成功した。
Strategy for Future Research Activity	初年度では、まず咀嚼運動中のマウス透過全体像を非拘束非侵襲に撮像し、心拍、呼吸などの生体信号データを得ることができ、また呼吸の解析は単に呼吸数のみではなく横隔膜の移動量や速度などのデータを得ることができるなど、咀嚼と同時に、顎運動や生体内の臓器の運きの解析も可能となった。初年度の予算のみでは、同一のX線装置を２台準備することができず、そのため、両X線撮影装置から照射されるX線の強度に差が生じたため、像輪郭部が不鮮明になるという問題点が発生した。平成24年度では、初年度からの繰り越し資金を最大限活用し、X線照射装置を１台追加購入し、合計２台のX線照射装置を用いて、2方向からのX線交互短時間間歇照射方法などを試み、さらに装置システム全体の改良するための技術開発を行い、咀嚼運動について、より精度の高い３次元解析を目指す。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	平成24年度では、初年度からの繰り越し資金を最大限活用し、X線照射装置を１台追加購入し、合計２台のX線照射装置を用いて、2方向からのX線交互短時間間歇照射方法などを試み、装置システム全体を改良し、咀嚼運動について、より精度の高い３次元解析システムの開発を目指す。