2019 Fiscal Year Annual Research Report
4D imaging of bio-soft material deformation based on phase-contrast CT using synchrotron light
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18K19926
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
松本 健志 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (30249560)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大澤 恭子 近畿大学, 生物理工学部, 助教 (30638193)
長谷 栄治 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任助教 (50805512)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | ダイナミック位相CT / モアレ縞 / 単色放射光 / 関節軟骨 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
変形性関節症の発症(OA)では局所的な軟骨機能異常が起点となる可能性もあることから、軟骨細部の変形特性を評価することはOA発症メカニズムを理解するために有用である。また、関節軟骨は日常的に動的力学環境に晒されているため、動的な変形特性を評価することが望ましい。そこで本課題研究では、繰り返し圧縮を受ける関節軟骨の局所的かつ動的な変形の解析を可能とするX線位相差ダイナミックCTの確立を目的としている。前年度には、軟骨表層部の変化が顕著である静的圧縮時に比べ、動的圧縮時には中・深層部の変化が顕著であることを検出できた。しかし、コラーゲン線維像に鮮明さを欠き、また、圧子－軟骨境界で生じる位相跳びが解析上の問題であった。そこで、今年度は空間解像度を8.8μmから4.4μmに向上するとともに、圧子材料を軟骨組織密度に近いポリプロピレンに変更して画像定量性の改善を図り実験を行った。
ブタ膝関節の大腿骨内側顆および外側顆から採取した円筒状組織を試験片とし、SPring-8にて実験を行った。生理食塩水中にて試験片を上下圧子で挟み、同一試験片に対して、周波数0.4、0.8、1.0 Hzでひずみ振幅10%の動的圧縮試験および静的歪み10%の圧縮試験を行った。X線位相検出にはタルボ干渉計を利用した縞走査法を用い、離散化した各圧縮変位について5回のフリンジスキャン(50 msec露光)を行い、各投影角のスキャンデータから位相分布像を得た。画像解析の結果、動的圧縮試験下における局所体積変化率は静的試験下のそれとは異なることが検出され、さらに局所体積変化率が周波数に依存することも確認でき、OA病態解析における本手法の有用性が示された。しかし、周波数増加に従ってコラーゲン線維の解像は低下し、配向構造の比較解析には至らなかった。今後は撮像アルゴリズムを工夫することによって解像度向上を目指す。
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