| 研究課題/領域番号 |
26350510
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| 研究機関 | 大阪市立大学 |
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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)
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| 研究分担者 |
池渕 充彦 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (70453131)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 生体医工学 / バイオメカニクス / 生体材料学 / 医用生体可視化工学 / 計測工学 |
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| 研究実績の概要 |
第1到達目標である、ダイナミックOCSAと微小圧縮負荷デバイスのシステム構築として、リング状PZT素子を用いた組織の微小圧縮変形場を、時間連続的にマイクロ断層可視化する落射顕微鏡型ダイナミックOCSAシステムを構築した。粘弾性特性の検出を念頭に、PZTは静的駆動（応力緩和試験）と振動駆動（動的試験）の両方法により、静的・動的粘弾性試験においてダイナミックOCSAの有効性を検討した。これには、酵素処理による変性ブタ軟骨を用い、検出ひずみ速度の時空間挙動および時間位相の相違に注目し統計的な検討を行った。その結果、応力緩和試験においては、表層ひずみ速度の緩和挙動が低減し粘性効果の損失していることが検出され、先行実験結果との再現性を保証した。更に、動的試験では、ひずみ速度の時間位相が逆転することを確認した。このように、微小圧縮負荷デバイスの静的・動的試験の検討と共に、変性軟骨診断への有効性検討が実施された。
また、臨床適用を考慮した対策として、ヒト軟骨検体への適用も実施し前駆的な臨床適用検討を行った。その結果、応力緩和試験の際に、ブタ軟骨の結果と同様に表層ひずみ速度の緩和挙動の低減が検出され、臨床効果の保証もされた。更に、軟骨臨床診断の実機を考慮して、間接内腔に穿刺するOCTプローブの製作も行い、OCT断層像の撮影検討を行っている。最後に、検出される変形速度ベクトルの断層データを用いた、粘弾性特性の有限要素2次元逆解析アルゴリズム開発としては、その前段階として、ダイナミックOCSAによって検出された熱ひずみ誘起の変形速度ベクトル断層分布から、温度断層分布の検出アルゴリズムの構築を行い、数値実験によりその妥当性も確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
初年度から次年度に掛けての実施目標として掲げていた、落射顕微鏡型ダイナミックOCSAシステムの構築および妥当性検証は、静的試験（応力緩和）においてはブタ軟骨を用いた統計的検証が完了した。一方、動的試験（動的粘弾性）のシステム検証では、粘性効果の損失がひずみ速度の時間変化挙動（位相）に反映する結果を突き止めている。このように、微小圧縮負荷デバイス（静的および動的）の検討と共に、ダイナミックOCSAの変性軟骨診断への有効性検討が実施され、特にヒト軟骨への適用も応力緩和試験にて検討し、特許化も済んでいる。
また、臨床実機を見据えた間接内腔に穿刺するOCTプローブの製作を行い、更に、粘弾性特性の有限要素2次元逆解析アルゴリズム開発に関しても、本手法にて検出されるひずみ速度断層データから組織内部の状態量を検出する逆解析アルゴリズムのコアは検証が完了し、特許化も済んでいる。このため、開発システム（変性関節軟骨における粘弾性係数分布のマイクロ断層可視化法（多機能ＯＣＴ））の構築状況は、当初の計画以上に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、臨床実機を見据えた、間接内腔に穿刺するOCTプローブの改良と共に、動的粘弾性試験においてダイナミックOCSAの有効性・再現性を、軟骨変性度と時間位相の相関関係に注目して検討していく。また、動的粘弾性試験における検出精度の向上として、位相平均化処理などによる計測精度の向上の確認に加え、動的粘弾性試験の原理から組織内部の動的弾性率や損失弾性率の断層分布も検討行う。また、粘弾性特性の有限要素2次元逆解析アルゴリズムの構築も、逆解析アルゴリズムのコアは完成しているため、検出物理量を粘弾性特性に適用していく。これらは、ブタ軟骨を用いた基礎検証だけでなく、臨床適用を見据えたヒト軟骨適用だけでなく、家兎OAモデルによるin vivo適用も必要になってくる。このため、本事業では、基盤Bへのアップグレードも視野に入れて研究推進を考えている。特に、穿刺するOCTプローブの更なる構築および検証には資金が必要であり、臨床応用を目指した推進方策としては、更なる資金の獲得も視野に入れている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
物品購入の際に端数とし100,082円の残金が残ってしまった。研究分担者（医師）分の研究成果発表の旅費が、臨床業務の多忙により消化できなかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度の１０月２２日に開催される、第３０回日本整形外科学会基礎学術集会に既にエントリーし、旅費消化を計画している。
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