骨の圧電性を利用した非侵襲“骨質”センシング

利用骨压电进行非侵入性“骨质量”传感

• 批准号: 22K19912
• 负责人: 生嶋 健司
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19912/
• 关键词: 医工学; 超音波; 音響誘起電磁法; 圧電効果; コラーゲン; 骨粗鬆症

本研究の目的は、音響誘起電磁法（ASEM法）を用いて、骨コラーゲンの結晶性（配向性）を非侵襲に評価する“骨質”センシングを実現することである。ASEM法は、対象物の圧電性を通して、超音波（音圧）によって誘起される電気分極（圧電分極）を検出し、超音波走査によりその分極の空間分布を画像化する手法である。骨の圧電性は一軸配向したコラーゲン線維に由来しているため、圧電性を利用することにより、非破壊・非脱灰に骨コラーゲン線維を評価できる。本研究では、骨粗鬆症に着目し、骨コラーゲンの健全性（線維構造と力学特性）と圧電性との相関を明らかにし、骨質のin-vivo評価に挑戦する。ASEM法は、非破壊・非脱灰での骨コラーゲン評価、さらには非侵襲ヒト診断につながる可能性を有しており、本研究手法の確立は、骨粗鬆症の学術研究・診断応用の両面において大きな変革をもたらすことが期待される。2022年度において、ラット骨粗鬆症モデル（膝関節不動化モデルおよび糖尿病モデル）を用いて、健全骨と疾患骨におけるASEM信号強度（圧電分極）を比較したところ、特に骨幹端部において有意差をもってASEM信号が減少することが見出された。また、骨の圧電分極の異方性を検出する手法を開発し、線維構造に起因する異方性を示すことが明らかにされた。このことは、ASEM信号の大きさや向きから骨コラーゲンの配向性を評価できることを示唆する。一方、動物in-vivo実験やヒト測定を可能とするアレイプローブを用いた測定系の開発に取り組み、ヒト体内における圧電分極の画像化に成功した。

Purpose this study の は, acoustics induced electromagnetic method (ASEM) を い て, bone コ ラ ー ゲ ン の crystalline (alignment) を noninvasive に review 価 す る "bone" セ ン シ ン グ を be presently す る こ と で あ る. ASEM は, like content の seaborne 圧 electrical を tong し て, ultrasound (圧) に よ っ て induced さ れ る electric 気 polarization (圧 electric pole) を 検 し, ultrasound walkthrough に よ り そ の points extremely の spatial distribution を portrait change す る gimmick で あ る. A shaft with bone の 圧 electrical は to し た コ ラ ー ゲ ン line d に origin し て い る た め, 圧 electrical を す る こ と に よ り, not broken 壊 · not to take off the bone ash に コ ラ ー ゲ ン line d を review 価 で き る. This study で は, thick loose bone disease に し, bone コ ラ ー ゲ ン の sanity (line dimension structure と mechanical characteristics) と 圧 electrical と の phase masato を Ming ら か に し, bone の in vivo evaluation of 価 に pick 戦 す る. ASEM は, not broken, 壊 deashing で の bone コ ラ ー ゲ ン review 価, さ ら に は noninvasive ヒ ト diagnosis に つ な が を る possibility has し て お り, establishment of this research technique の は, bone thick pine の 応 with academic research, diagnosis の struck surface に お い て big き な - leather を も た ら す こ と が expect さ れ る. 2022 に お い て, ラ ッ ト thick loose bone disease モ デ ル (knee masato section fixed モ デ ル お よ び diabetes モ デ ル) を with い て and improve bone と disease bone に お け る ASEM signal intensity (圧 electric pole) を comparative し た と こ ろ, に backbone end に お い て deliberately bad を も っ て ASEM signal が reduce す る こ と が shows さ れ た. ま た, bone の 圧 electric polarization の square difference を 検 out す る gimmick を open 発 し, line dimension structure cause に す る square difference を shown す こ と が Ming ら か に さ れ た. こ の こ と は, ASEM signal の き さ や to き か ら bone コ ラ ー ゲ ン の match tropism を review 価 で き る こ と を in stopping す る. Party, animal in vivo - be 験 や ヒ ト determination を may と す る ア レ イ プ ロ ー ブ を with い た determination is の open 発 に み り group, ヒ ト body に お け る 圧 electric polarization の portrait turn に successful し た.

项目成果

Acoustically induced electric and magnetic polarizations and their sensing applications

声感应电场和磁极化及其传感应用

• DOI: 10.35848/1347-4065/acc8dc
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: 二井 昭佳;岡田 一天;赤上裕幸;鹿子木康弘;小林俊輔;Kenji Ikushima
• 通讯作者: Kenji Ikushima

Acoustically induced electric polarization in bone and its anisotropy

骨中的声诱导电极化及其各向异性

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Sakakura;Yamato Anzai;Yoshitsugu Kojima;Mami Matsukawa;Kenji Ikushima
• 通讯作者: Kenji Ikushima

Acoustically induced electric and magnetic polarization and its sensing applications

声感应电和磁极化及其传感应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Supparat Charoenphon;Pakpoom Reunchan;and Isao Watanabe;Kenji Ikushima
• 通讯作者: Kenji Ikushima

First Human Experience with Acoustically Stimulated Electromagnetic (ASEM) Signal Measurement of Bone

人类首次进行骨声刺激电磁 (ASEM) 信号测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Ito Kazuyo;Lye Theresa H.;Dan Yee Shan;Yu Jason D.G.;Silverman Ronald H.;Mamou Jonathan;Hoang Quan V.;Kazuyo Ito
• 通讯作者: Kazuyo Ito

測定装置及び測定方法

测量装置及方法

• 发表时间: 2021