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生体組織の力学的時空間特性(粘弾性)マイクロ断層可視化システムの適用検討

公募研究

研究領域医用画像に基づく計算解剖学の多元化と高度知能化診断・治療への展開
研究課題/領域番号 17H05303
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪市立大学

研究代表者

佐伯 壮一  大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50335767)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード人間医工学 / 生体医工学 / 生体材料学 / 医用システム / 医用生体可視化計測工学 / 粘弾性力学特性 / マイクロ断層可視化 / 再生医療 / 生体材料 / 生物・生体工学 / 生体機能利用 / 可視化 / 移植・再生医療
研究実績の概要

本研究の目的は、ドップラー変調量を断層可視化しながら荷重負荷量も同時検出し、組織内部における粘弾性特性をマイクロ断層可視化するシステムの構築である。提案システムは、周期的荷重負荷デバイスとしてPZT微小圧縮デバイスと焦圧型超音波トランスデューサーの両者を実装し、荷重負荷時におけるOCT干渉信号のドップラー変調量解析を施行し、組織変位速度マイクロ断層分布の経時変化を取得した。その結果、リング形状PZTによる荷重負荷によって発生した組織変位速度からひずみ速度マイクロ断層分布を検出し、その経時変化を基に軟骨組織の粘弾性特性の違いを検出できることを確認した。これは、酵素処理による粘性特性の劣化が、ひずみ速度の経時変化に影響を与えていることが明かとなった。一方、完全非接触での荷重負荷を実現するために焦圧型超音波トランスデューサーを用いて超音波音響放射圧を発生させ、培養中の再生組織に非接触荷重負荷を与え、誘起された組織変位速度を断層検出するシステムも構築した。これにより、再生組織内部の組織液流動特性が完全非接触にマイクロ断層可視化できることが分かった。また、組織の変性状態に応じて組織液流動の空間位相分布に違いが現れることが確認され、組織粘弾性特性と相関があることが分かってきた。一方、定量的な粘弾性特性を検出するためには、応力とひずみの同時計測を実装した動的粘弾性試験システムが必要であり、PZT制御信号または焦圧型超音波トランスデューサーから負荷応力時系列データの検出システムの構築が必要である。制御システムの構築は実施したものの、歪みゲージからの出力信号と応力とのキャリブレーション検証が残されているが、構築システムにより組織粘弾性特性を定性的にマイクロ断層可視化することは達成することができた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件) 備考 (3件) 産業財産権 (5件) (うち外国 4件)

  • [雑誌論文] 整形外科診療における最先端技術 Ⅰ.診断,評価 1.新しい画像・機能診断 多機能OCTを用いた早期変形性関節症軟骨の粘弾性力学特性マイクロ断層診断2019

    • 著者名/発表者名
      池淵 充彦, 中村 卓, 箕田 行秀, 中村 博亮, 古川 大介, 佐伯 壮一
    • 雑誌名

      別冊整形外科

      巻: 1 号: 75 ページ: 27-31

    • DOI

      10.15106/j_besei75_27

    • ISSN
      0287-1645
    • 年月日
      2019-04-25
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In vivo Micro-tomographic Visua-lization of Capillary Angio-Dynamics around upper dermis under mechanical stimuli using Low Coherence Interferometer, Optical Doppler Doppler Velocigraphy2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke FURUKAWA, Souichi SAEKI, Ryohei NISHINO, Yusuke HARA, Masatsugu SHIBA, Takafumi ITO, Yoshiaki NISHINO and Susumu AOKI
    • 雑誌名

      American Journal of Physics and Applications

      巻: 8 号: 4 ページ: 89-96

    • DOI

      10.11648/j.ajpa.20180604.13

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 応力緩和 OCT(SR-OCSA)を用いた早期変形性関節症軟骨の粘弾性力学特性マイクロ断層可視化2018

    • 著者名/発表者名
      淵充彦,中村卓,中村博亮,佐伯壮一,古川大介,新実信夫,塚原義人
    • 雑誌名

      Bio Clinica, BIOLOGIC TOPICS(基礎)特集 「整形外科疾患と慢性炎症」,別冊春号

      巻: 7 ページ: 63-168

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of visco-elastic behavior in skin equivalent using optical coherence tomography straingraphy2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hara, Yuki Ogura, Toyonobu Yamashita, Daisuke Furukawa, Souichi Saeki
    • 雑誌名

      Skin Research and Technology,

      巻: 24 号: 2 ページ: 334-339

    • DOI

      10.1111/srt.12435

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of age-related vascular alterations in facial skin using optical coherence tomography-based angiography2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hara, Toyonobu Yamashita, Kumiko Kikuchi, Yoshihide Kubo, Chika Katagiri, Kentaro Kajiya, Souichi Saeki
    • 雑誌名

      Journal of Dermatological Science

      巻: 8 号: 1 ページ: 96-98

    • DOI

      10.1016/j.jdermsci.2017.11.018

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of viscoelastic behavior in vivo skin using optical coherence tomography-based straingraphy combined with suction device2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hara, Daisuke Furukawa, Souichi Saeki
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Letters

      巻: 4 号: 0 ページ: 17-00656-17-00656

    • DOI

      10.1299/mel.17-00656

    • NAID

      130006673802

    • ISSN
      2189-5236
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 低コヒーレンス干渉計を用いた関節軟骨における粘弾性挙動の非侵襲マイクロ断層可視化法(Optical Coherence Straingraphy)2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯壮一,古川大介,中村博亮,池淵充彦,中村卓,新実信夫,塚原義人
    • 雑誌名

      非破壊検査

      巻: 67 ページ: 166-173

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 多機能OCTによるスキンメカニクス診断への応用 ~毛細血管網・血流速・粘弾性~2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯壮一,古川大介,伊藤高文,西野佳昭
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会,ワークショップ(血流の視える化研究(血視研))
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光干渉断層画像法(OCT)を用いた毛細血管血流速マイクロ断層可視化装置の開発2018

    • 著者名/発表者名
      伊藤高文,西野佳昭,古川大介,佐伯壮一
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会,ワークショップ(血流の視える化研究(血視研))
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 多機能OCTを用いた毛細血管血流速および粘弾性力学特性のマイクロ断層可視化法の原理2018

    • 著者名/発表者名
      原祐輔、佐伯壮一
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会,ワークショップ(血流の視える化研究(血視研))
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Application Study on Micro-tomographic Visualization of Spatio-Temporal Mechanical Characteristics of Regenerated Tissue2018

    • 著者名/発表者名
      Souichi Saeki, Daisuke Furukawa
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Multidisciplinary Computational Anatomy
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 動的粘弾性Optical Coherence Straingraphyを用いた軟骨組織の力学特性マイクロ断 層可視化の検討2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯壮一,古川大介,
    • 学会等名
      第57回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Study on Micro-tomographic Visualization of Blood Flow Velocity in Capillary Vessels using Optical Coherence Interferometer “Optical Coherence Doppler Velocigraphy2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke FURUKAWA, Souichi SAEKI, Yusuke HARA, Susumu AOKI, Takafumi ITO and Yoshiaki NISHINO
    • 学会等名
      the XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction on Tomographic Micro-visualizing System of Delivered Drug Concentration inside Biological Tissue using 2-Color Coherence Interferometer2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya KUSUMOTO, Daisuke FURUKAWA, Ryohei NISHINO and Souichi SAEKI
    • 学会等名
      the XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of facial solar lentigo using Optical Coherence Tomographic Angiography2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hara, Toyonobu Yamashita, Kumiko Kikuchi, Takako Shibata, Masato Ninomiya, Chika Katagiri, Kentaro Kajiya, Hajime Iizuka, Daisuke Furukawa, Souichi Saeki
    • 学会等名
      SPIE Photonics West BIOS
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Vascular morphology in facial solar lentigo assessed by optical coherence tomographic angiography2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hara, Toyonobu Yamashita, Kumiko Kikuchi, Takako Shibata, Masato Ninomiya, Chika Katagiri, Kentaro Kajiya, Souichi Saeki, Hajime Iizuka
    • 学会等名
      The 42nd Annual Meeting of the Japanese Society for Investigative Dermatology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application Study on Micro-tomographic Visualization of Spatio-Temporal Mechanical Characteristics of Biological Tissue2017

    • 著者名/発表者名
      Souichi Saeki, Daisuke Furukawa, Takeshi Nagasaki
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Multidisciplinary Computational Anatomy
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Micro-tomography Testing of Temperature using FEM-based Inverse Analysis applied to Optical Coherence Straingraphy2017

    • 著者名/発表者名
      Souichi Saeki, Daisuke Furukawa, Ryuki Kunimoto
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Electronics, Materials, and Packaging (EMAP)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 培養中・培養後・移植後の組織の非接触・非侵襲な新規診断手法の確立

    • URL

      http://www.bmec.ccre.eng.osaka-cu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 日刊工業新聞に掲載!『大阪市大,非接触で細胞組織製品検査 汚染リスク軽減』

    • URL

      https://www.eng.osaka-cu.ac.jp/news/research-prize/2019/03/26/2458/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 大阪市大,非接触で細胞組織製品検査 汚染リスク軽減

    • URL

      https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00510708

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] マイクロ断層可視化装置および方法2018

    • 発明者名
      佐伯壮一,古川大介,伊藤高文,西野佳昭
    • 権利者名
      佐伯壮一,古川大介,伊藤高文,西野佳昭
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-162957
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 皮膚の血管網を可視化する装置、方法およびプログラム2017

    • 発明者名
      佐伯壮一,原祐輔,山下豊信
    • 権利者名
      佐伯壮一,原祐輔,山下豊信
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-189269
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 皮膚の血管網を可視化する装置、方法およびプログラム2017

    • 発明者名
      佐伯壮一,原祐輔,山下豊信
    • 権利者名
      佐伯壮一,原祐輔,山下豊信
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-189270
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 皮膚の血管網を可視化する装置、方法およびプログラム2017

    • 発明者名
      佐伯壮一,原祐輔,山下豊信
    • 権利者名
      佐伯壮一,原祐輔,山下豊信
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-189271
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 組織の粘弾性を断層可視化する装置および方法2017

    • 発明者名
      佐伯壮一
    • 権利者名
      佐伯壮一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-096134
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 外国

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-01-27  

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