| 研究課題/領域番号 |
20K21836
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分62:応用情報学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設) (2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2020-2022) |
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研究代表者 |
渡部 匡己 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 生命創成探究センター, 特任准教授 (70599480)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 生物画像シミュレーション / 細胞モデリング / 光学イメージング / 細胞シミュレーション / 蛍光イメージング / データ同化 / 蛍光顕微鏡イメージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、データ同化を蛍光顕微鏡イメージングに適用して、観測できていない細胞 内領域に存在する各オルガネラの物理情報(特に、屈折率と吸光係数)の分布を再構築することを 目指す。具体的な研究計画は、主に「細胞モデルの構築」「蛍光顕微鏡シミュレーショ ン の実装」「静的なデータ同化の実装」「データ同化の評価と実蛍光画像への適用」の4部 から構成される。
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| 研究成果の概要 |
生体細胞内での光の伝播は、電磁力学理論に基づき、屈折や散乱を含む複雑な光学現象として記述される。光線追跡による細胞内での光の伝搬は、屈折率や透過・反射の電磁力学的作用に依存し、幾何光学の法則とマクスウェル方程式の近似解から導かれる。しかし、光の干渉や回折などの光学現象は波動力学的であり、特に、光線追跡では波動関数の位相の変動に対応できない。本研究では、近軸波動方程式を用いて、細胞内の屈折率乱流による光伝搬の物理プロセスをモデル化し、特に、モデルから導出される数学的特性を利用して、生細胞光学イメージングのデータ解析から細胞内部の光学パラメータを再構築することに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の学術的意義は、生体細胞内の光伝播の詳細なモデル化とシミュレーションにより、光の干渉や回折といった波動光学現象を解明し、細胞内の光学特性（屈折率、減衰係数など）の測定・再構築を実現した点にある。これにより、生細胞蛍光イメージングデータから、より正確な細胞内の屈折率分布や減衰係数の分布を得ることが可能となった。社会的意義としては、医療画像解析において、より高精度な細胞内観察や診断技術の向上に寄与し、病気の早期発見や新たな治療法の開発に繋がる可能性がある点が挙げられる。
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