T細胞の蛍光観察パラメータの最適スケジューリング

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本研究ではH21年度に,細胞移動と蛍光観察のモデル定式化とパラメータ推定,評価関数の作成,及び最適スケジューリング手法の導出を行った.また,より良いパラメータ推定のために,顕微鏡画像のボケ除去技術を開発した.理論,シミュレーションは代表者の現所属である奈良先端科学技術大学院大学で行った.実験は,代表者の前所属であり実験機材がある東北大学で行った.<1> モデル作成と最滴スケジューリング手法導出の理論研究H21年度の前半では,細胞運動と蛍光観察のモデルを定式化した.次に,蛍光観察効率を,観察領域と観察細胞数を引数とする2次形式評価関数で定義した.そして,スケジューリング問題を,評価関数を最小化するモデル予測制御問題として定式化した.最後に,観測モデルの線形近似を利用することで,最適スケジューリング手法を解析的に導出した.制御対象は,蛍光観察領域の幅と中心位置,より具体的には細胞が載っているステージ位置の時間変化として与えた.<2> パラメータ推定の実験研究H21年度の後半では,<1>で作ったT細胞運動モデルのパラメータを顕微鏡実験で推定した.T細胞の直径は10μmの球と仮定した.最も重要な情報は,顕微鏡光軸上の細胞数分布パラメータの時間変化であった.分布は正規分布と仮定した.分布パラメータを求めるために,細胞の位置を認識する画像処理技術を開発した.顕微鏡画像では.実際には細胞が存在しない位置にも,その他の場所にある細胞のボケが入り込む.このボケは,予め測定していたボケ特性関数を用いて除去した.対物レンズは40倍,顕微鏡は倒立顕微鏡Ix71(オリンパス)を用いた.