| 研究課題/領域番号 |
21KK0196
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
羽石 秀昭 千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (20228521)
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| 研究分担者 |
葉 臣 千葉大学, フロンティア医工学センター, 特任助教 (60867498) [辞退]
西舘 泉 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70375319)
中野 和也 成蹊大学, 理工学部, 准教授 (80713833)
関根 雅 千葉大学, 西千葉地区事務部, 技術専門員 (70769182)
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| 研究期間 (年度) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| キーワード | 拡散反射イメージング / マルチバンド撮影 / 構造化照明 / in vivo計測 / 酸素飽和度 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、「拡散反射光イメージングにおいて深さ方向の寄与を見積もるための散乱特性探索照明の利用を提案するとともに、その照明によって見積もられる散乱特性と、一様照明下での被写体の拡散反射像から、深部方向の寄与の程度を推定する技術を構築する」というものである。具体的な課題として、A. 構造化照明の試作と利用価値探索、B. 散乱特性の計測とモデル化、C. in vivo実験による検証、を挙げて進めている。このうち、2022年度の実績として、Ｂでは、まず３次元プリンタによるファントムの作製を進めた。外注による作製であるが、半透明性など所望の光学特性が得られるまで試行を繰り返した。基本的な作り方が固まってきた。またモンテカルロシミュレーションによる光子のふるまいも解析した。ヒト皮膚を層構造の散乱・吸収体でモデル化した。光子の深達度特性を調査するとともに、酸素飽和度推定における不安定性原因なども分析している。Ｃではラットを用いた実験を種々行った。腹部に皮弁を作り、血流状態や血管状態を詳細に観察できるように光マルチモーダルの撮影装置を構築した。特に、広領域を高精細に撮影できるように、ステージの移動と撮影を自動で行えるようにした。得られた結果の解析として、止血による血管形状の変化や色味の変化を観察し、いくつかの知見を得ることができた。表層と深部の血管が拡散反射光画像にどのように寄与するかを画像から観察することが可能になった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
拡散光イメージングの基本特性をモンテカルロシミュレーションにより、さまざまな観点から調査できた。また、ラット皮弁を用いた実験も多数回行い、実際のイメージング特性も調べることができた。物理ファントムの作製については外部発注により進めているが、所望の特性を持たせるために試行錯誤を繰り返しており、予定より時間がかかっている。国際共同研究先の東フィンランド大学との連携に関しては、コロナ禍による遅れもあり研究代表者自身の先方への訪問と共同実験の実施が遅れているが、準備は進めた。一方で、先方の若手研究者が来日し、共同研究の打合せをすることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
（１）散乱特性探索撮影と分析：ビーム光の斜め入射に対する拡散反射光強度分布の非対称性から被写体のおおよその散乱特性を獲得する。
（２）散乱特性探索撮影と一般撮影で得た画像の解析：生体の散乱特性と深部からの寄与度に関する知見から、画像情報解析を行う。上記の撮像法を確立するために今後、以下の３点を実施する。[A] 構造化照明の制作：生体の基質部分の吸収・散乱特性を点状照射とその反射・散乱光分布の分析から大まかに推定する。[B] 散乱特性の計測と像形成の数学的簡易モデル化：精緻な３次元光学ファントムを用いた撮影実験から散乱特性を把握するとともに、3次元吸収物体から２次元像への対応関係を数学的にモデル化する。たとえば深さ依存性を有する応答関数を用いた畳み込み積分などが例として考えられる。[C] in-vivo実験による検証：AおよびＢに基づいて小動物実験およびヒトin-vivo計測実験を通して検証を行う。特に小動物では組織標本の分析なども含め、詳細な照合・検証を行う。
特に上記の研究項目のうち、[A]の構造化照明の制作や[C]のヒト計測実験の部分で、東フィンランド大学のマルックハウタカサリ教授らと共同で研究活動を行う。具体的には研究代表者である羽石が東フィンランド大学に直接出向き、実験や打合せ、機器の試作や改良等を行う。これら先方での共同活動は本研究の中核となる部分である。研究分担者もまた分担内容に応じて先方に出向いて研究を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの感染状況が続き共同研究先への渡航が制限された。年度後半になって緩和されたものの、先方機関の受け入れ可能な時期とずれが生じたため、次年度に渡航することとした。購入予定だったハイパースペクトルカメラは現有のスペクトルカメラでの代用できることがわかったため、次年度で生じる照明装置試作費用に回すこととした。
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