Ｘ線ミラーが生成する高強度な準単色放射光を使ったマウス冠状動脈の動体画像化

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25350547
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: 梅谷 啓二 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (50344396)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: マウス冠状動脈撮影 / 血管造影 / 放射光 / Ｘ線ミラー / 準単色Ｘ線 / 心臓疾患診断

Outline of Annual Research Achievements

(1)研究目的
ラットに比べて小さく心拍数が多いマウスでの冠状動脈撮影のため、Ｘ線ミラーにより高輝度な準単色Ｘ線を生成し、さらにサブミリ秒でのＸ線露光が可能なＸ線シャッターとハイビジョン級の画像検出器を開発して、従来装置に比べ一桁短いサブミリ秒での高速撮影を可能とする。
(2)平成２６年度の実績
本年度の目標は、湾曲ミラーによるビーム拡大と、Ｘ線シャッター及び画像検出器の開発であった。湾曲ミラーによるビーム拡大に関しては、ミラー中心部を下から持ち上げ、両端はミラーの自重を利用して垂れ下がるようにして湾曲させる方式を検討した。しかし、自重を利用した方法では十分な湾曲が得られなかった。このため、強制的な湾曲機構の製作が必要であるという結論に達したが、予算的な問題で実現には至らなかった。
Ｘ線シャッター及び画像検出器の開発に関しては、予定通りに順調に進み最短で0.25ｍｓのシャッター時間での撮影が可能な装置が開発できた。Ｘ線シャッターは回転円盤型であり、厚さ15ｍｍのステンレス板から成る円盤2枚は、4箇所にスリットを有する同一形状で同期して回転する構造であり、スリットがビームを横切るときにパルスＸ線が作られる。円盤2枚を回転して互いにずらすと、2枚の円盤が作るスリットの幅が変わり、Ｘ線パルス幅(照射時間)を連続的に0.0 ～ 20.0ｍｓの範囲で設定できる。画像検出器には、新たにCMOSカメラを購入した。当初は、現有の蛍光板によるＸ線検出方式の装置へ組み込んで使用する予定であったが、高性能化のために新たに蛍光板方式の装置を製作し、この中にカメラを組込んでＸ線検出器として使用した。ただし、撮影速度は最大で60画像/sであり目標の100画像/sには至らなかった。これは、購入したCMOSカメラの性能で決まった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の目標は、湾曲ミラーによるビーム拡大と、Ｘ線シャッター及び画像検出器の開発であった。
湾曲ミラーによるビーム拡大に関しては、自重を利用した方法では十分な湾曲が得られなかった。このため、強制的な湾曲機構の製作が必要であるという結論に達したが、予算的な問題で実現には至らなかった。ミラーを湾曲させない場合には、ミラー表面に対してＸ線が0.1°の角度で入射する場合に、反射されるビームの上下方向の幅は1.7ｍｍとなる。ここで自重を利用した方法では十分な湾曲が得られなかったが、それでも上下方向の幅は3ｍｍ程度までは拡大できると予想される。目標値は上下方向の幅が5ｍｍであるが、3ｍｍ程度でもマウス心臓の約半分の領域をビーム内に収めることができ、左または右冠状動脈の全体を視野に収めることは可能である。
撮影速度に関しては、最大で60画像/sであり目標の100画像/sには至らなかった。ただし、シャッター速度に関しては最短で0.25ｍｓでの撮影が可能であり、撮影画像の画質に関しては目標を達成し、解像度劣化のない鮮明な画像が得られている。このため、実質的な問題はないと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

Ｘ線ミラー及び撮影装置に関しては、性能的に目標値に達していない項目もあるが、実質的な総合性能は当初計画を満足するものであり、当初の予定に従って計画を進めて行く予定である。具体的な今後の予定として平成２７年度に、従来装置でラット冠状動脈撮影実験を行っている大学医学部のSPring-8の利用者と共同で、新たな装置をラットやマウスでの冠状動脈撮影実験に適用してその性能評価を行う。さらに、新たな応用研究への展開を進める。

Causes of Carryover

当該年度の交付決定額を上回る額の機器の購入には他の予算を使用したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度での機器購入において、次年度使用額分だけ高額だが性能が高い機器を選定する。

Research Products

• [Journal Article] Cell-sheet Therapy with Omentopexy Promotes Arteriogenesis and Improves Coronary Circulation Physiology in Failing Heart (2015)
  • Author(s): Satoshi Kainuma, Shigeru Miyagawa, Satsuki Fukushima, James Pearson, Chen Yi, Atsuhiro Saito, Akima Harada, Motoko Shiozaki, Hiroko Iseoka, Tadashi Watabe, Hiroshi Watabe, Genki Horitsugi, Mana Ishibashi, Hayato Ikeda, Hirotsugu Tsuchimochi, Takashi Sonobe, Yutaka Fujii, Hisamichi Naito, Keiji Umetani
  • Journal Title: Molecular Therapy Volume: 23 Pages: 374-386
  • DOI: 10.1038/mt.2014.225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Beta2-adrenergic receptor-dependent attenuation of hypoxic pulmonary vasoconstriction prevents progression of pulmonary arterial hypertension in intermittent hypoxic rats (2014)
  • Author(s): Hisashi Nagai, Ichiro Kuwahira, Daryl O. Schwenke, Hirotsugu Tsuchimochi, Akina Nara, Tadakatsu Inagaki, Sayoko Ogura, Yutaka Fujii, Keiji Umetani, Tatsuo Shimosawa, Kenichi Yoshida, James T. Pearson, Koichi Uemura, Mikiyasu Shirai
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 10 Pages: e110693
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0110693
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pulmonary vascular tone is dependent on the central modulation of sympathetic nerve activity following chronic intermittent hypoxia (2014)
  • Author(s): Mikiyasu Shirai, Hirotsugu Tsuchimochi, Hisashi Nagai, Emily Gray, James Todd Pearson, Takashi Sonobe, Misa Yoshimoto, Tadakatsu Inagaki, Yutaka Fujii, Keiji Umetani, Ichiro Kuwahira, Daryl Schwenke
  • Journal Title: Basic Research in Cardiology Volume: 109 Pages: 432
  • DOI: 10.1007/s00395-014-0432-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microstructure analysis of the pulmonary lung of the secondary lobulus by a synchrotron radiation CT (2014)
  • Author(s): Yasunori Fukuoka, Yoshiki Kawata, Noboru Niki, Keiji Umetani, Yasutaka Nakano, Noriyuki Moriyama, Hironobu Ohmatsu, Harumi Itoh
  • Journal Title: Proc. SPIE Medical Imaging Volume: 9035 Pages: 90352F-1-7
  • DOI: 10.1117/12.2043454
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase contrast portal imaging for image-guided microbeam radiation therapy (2014)
  • Author(s): Keiji Umetani, Takeshi Kondoh
  • Journal Title: Proc. SPIE Medical Imaging Volume: 9033 Pages: 90335P-1-6
  • DOI: 10.1117/12.2043216
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase contrast portal imaging using synchrotron radiation (2014)
  • Author(s): Keiji Umetani, Takeshi Kondoh
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 85 Pages: 073704-1-6
  • DOI: 10.1063/1.4885755
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Microstructure analysis of the pulmonary acinus using a synchrotron radiation CT (2015)
  • Author(s): Yoshitaka Tokumoto, Koichi Minami, Yoshiki Kawata, Noboru Niki, Keiji Umetani, Yasutaka Nakano, Hiroaki Sakai, Hironobu Ohmatsu, Harumi Itoh
  • Organizer: SPIE Medical Imaging
  • Place of Presentation: Ｒｅｎａｉｓｓａｎｃｅ Orlando (Orlando, Florida, USA)
  • Year and Date: 2015-02-21 – 2015-02-26
• [Presentation] デジタル一眼レフカメラを使った高解像度Ｘ線検出器の開発 (2015)
  • Author(s): 梅谷啓二、河田佳樹、仁木 登
  • Organizer: 第２８回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス（滋賀県草津市）
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-12
• [Presentation] デジタル一眼レフカメラを使った高解像度マイクロＣＴの開発 (2014)
  • Author(s): 梅谷 啓二、河田 佳樹、仁木 登
  • Organizer: 2014年映像情報メディア学会年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-08-31 – 2014-09-02
• [Presentation] 高解像度マイクロＣＴ用の３６Ｍ画素Ｘ線検出器の開発 (2014)
  • Author(s): 梅谷啓二 河田佳樹 福岡泰規 徳元祥貴 仁木 登
  • Organizer: 第３３回日本医用画像工学会大会
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学（東京都港区）
  • Year and Date: 2014-07-24 – 2014-07-26
• [Remarks] 大型放射光施設 SPring-8 研究事例&研究成果
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/science/