Development of low-cost and non-invasive diagnostic technique using light

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日本は超高齢化社会に突入し，要介護者数が急激に増加，介護を担う人手が不足することで老々介護やヤングケアラーの数も増加している。このような背景から，健康寿命を意識した運動機能の維持について様々な検討がなされ，歩行を困難にする変形性膝関節症の早期発見，早期治療が課題となっている。現在，変形性膝関節症の診断には単純X線やMRIが用いられている。しかしながら，それぞれ利用者や利用環境などが限定され，装置も高価である。本研究では，光を用いた非侵襲的かつ低コストで計測できる関節診断技術の開発を目指している。令和元年度は，装置構成の基本光学設計を行い，励起光照射部，信号光の受光部と分光装置への導入部の仕様を決めた。令和2年度は，想定するラマン波長成分の高S/N検出を実現する励起光レーザーおよび励起光導入の光ファイバーの組み合わせを実験から決めた。また，当該光ファイバーを用いて，近赤外分光装置によるサケ・マスの椎骨と関節の評価を行った。令和3年度は，ラマン散乱光検出部の最適化を，励起レーザー光出力調整とノイズ光除去フィルター選定によって実施し，被測定物として用いたヒドロキシアパタイトのラマンスペクトル観測に成功した。近赤外分光装置については，光ファイバーケーブルの接続有無で得られたヒドロキシアパタイト，コラーゲン，プロテオグリカンのスペクトルを比較しながら装置の精度について評価した。令和４年度は，ラマン散乱光検出部の更なる最適化を試みたが，定量的な評価が可能なシグナル強度を得るには至っていない。一方，近赤外分光装置によるコラーゲン，プロテオグリカンの定量的評価の開発は順調に進み，定量評価のための検量線作製を行った。結果成果の一部は学会等で発表し，第35回北海道骨粗鬆症研究会学術集会，第35回代用臓器・再生医学研究会総会/日本バイオマテリアル学会北海道ブロック第7回研究会では受賞した。