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西村　吾朗 (ニシムラ　ゴロウ)

電子科学研究所　附属社会創造数学研究センター助教

研究者基本情報

■ 学位
  • 理学博士, 大阪大学
  • 理学修士, 大阪大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
ORCID IDJ-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 生体計測学
  • 光計測学
  • Biomedical Optics (1301)
  • 生物物理学
  • Biophysics (4306)
研究分野
  • ナノテク・材料, 光工学、光量子科学
  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 計測工学
  • ライフサイエンス, 生体医工学
  • ライフサイエンス, 生体材料学
  • 自然科学一般, 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2015年04月 - 現在
    北海道大学, 電子科学研究所 附属社会創造数学研究センター, 助教
  • 2012年04月 - 2015年03月
    北海道大学, 電子科学研究所 数理科学研究部門, 助教
  • 2007年10月 - 2012年03月
    北海道大学, 電子科学研究所 電子計測制御部門, 助教
  • 2007年04月 - 2007年09月
    北海道大学, 電子科学研究所電子機能素子部門, 助教
  • 1992年04月 - 2007年03月
    北海道大学, 電子科学研究所電子機能素子部門, 助手
  • 1992年 - 2007年
    Research Associate
  • 1989年07月 - 1992年04月
    北海道大学, 応用電気研究所 生体物理部門, 助手
  • 1989年 - 1992年
    Research Associate,1989.7 Instructor, Hokkaido University
委員歴
  • 2013年04月 - 2015年03月
    応用物理学会分科会日本光学会, 幹事, 学協会
  • 2009年 - 2010年
    日本光学会, 幹事, 学協会
  • 2010年
    生物物理学会, 分野別専門委員, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • 非侵襲・可視化技術ハンドブック
    エヌ・ティー・エス, 2007年
  • 測定法シリーズ 、42.蛍光分光とイメージングの手法
    日本分光学会・学会出版センター, 2006年
  • Fluorescence spectroscopy and imaging
    2006年
  • DOS/V科学計測入門
    HFS出版, 1994年
■ 講演・口頭発表等
  • Sensing and quantifying fluorescence objects in dense scattering medium
    Goro Nishimura
    Sensing and Imaging through Scattering and Fluctuating Field in Biology, Telecommunication, and Astronomy, 2025年04月22日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2025年04月21日 - 2025年04月23日, ［招待講演］
  • 拡散光計測ーその解釈は正しいのか？
    西村吾朗
    日本光学会年次学術講演会, 2024年12月01日, 日本語, シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
    2024年11月29日 - 2024年12月01日, ［招待講演］
  • Fluorescence diffuse optical tomography – ideal and reality of an inverse problem
    Goro Nishimura
    7th Joint Conference of A3 Foresight Program on Computational and Applied Mathematics, 2024年09月01日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2024年08月30日 - 2024年09月01日, ［招待講演］
  • Near-infrared fluorescence detection for assessment of aspiration risk
    G. Nishimura; T. Suzuki; K. Tashiro; K. Wakamatsu; T. Koike; Y. Yamada; H. Niwa; Y. Michiwaki
    The Third Britton Chance Symposium on Metabolic Imaging and Spectroscopy, 2024年07月18日, 英語, 口頭発表（一般）
    2024年07月17日 - 2024年07月20日
  • 背景光存在下での散乱体に埋め込まれた蛍光体計測における 深さ方向の検出限界の検討
    西村 吾朗; 鈴木 崇弘; 山田 幸生; 丹羽 治樹; 小池 卓二
    日本光学会年次学術講演会, 2023年11月28日, 日本語, 口頭発表（一般）
    2023年11月27日 - 2023年11月29日
  • Nonlinear concentration-dependent scattering coefficient with a colloidal solution and its origin
    Yuki Inoue; Hiroyuki Fujii; Goro Nishimura
    21th International Conference on Near Ingrared Spectroscopy, 2023年08月20日, 英語, ポスター発表
    2023年08月20日 - 2023年08月24日
  • 濃い散乱体における散乱係数に現れる干渉効果のサイズパラメータ展開
    西村 吾朗; 藤井 宏之; 井上 優輝
    日本光学会年次学術講演会, 2022年11月16日, 日本語, 口頭発表（一般）
    2022年11月13日 - 2022年11月16日
  • 拡散光の計測における検出角依存性に関する考察 (II)
    西村吾朗
    日本光学会年次学術講演会, 2022年11月16日, 日本語, 口頭発表（一般）
    2022年11月13日 - 2022年11月16日
  • Angle Dependent Time-domain Diffuse Reflectance – A Simulation Study
    Goro Nishimura
    Sensing and Imaging through Scattering and Fluctuating Field in Biology, Telecommunication, and Astronomy, 2022年04月21日, 英語, 口頭発表（一般）
    2022年04月18日 - 2022年04月22日
  • 拡散光・拡散蛍光イメージング -時間領域の計測によるアプローチ
    西村 吾朗
    第82回応用物理学会秋季学術講演会, 2021年09月10日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    2021年09月10日 - 2021年09月13日, 29352704, ［招待講演］
  • 直方体形状を仮定した拡散蛍光トモグラフィ
    Chunlong Sun; 西村 吾朗; 中村 玄; 町田 学; Jijun Liu; Yu Jang
    日本光学会年次学術講演会, 2020年11月17日, 日本語, 口頭発表（一般）
    2020年11月14日 - 2020年11月17日
  • Time-domain Fluorescence Diffuse Optical Tomography using a Cuboid
    Chunlong Sun; Goro Nishimura; Gen Nakamura; Manabu Machida; Yu Jiang; Jijun Liu
    Biophotonics Congress: Biomedical Optics 2020, 2020年04月20日, 英語, ポスター発表
    2020年04月20日 - 2020年04月23日, 29352704
  • 生体組織中にある蛍光ターゲットの高感度検出(3)
    西村 吾朗
    日本光学会年次学術講演会, 2019年12月05日, 日本語, 口頭発表（一般）
    2019年12月02日 - 2019年12月05日, 29352704
  • 生体組織中に局在する蛍光体の高感度検出
    西村 吾朗
    第３期第５回「レーザーバイオ医療」技術専門委員会, 2019年07月26日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    2019年07月26日, 29352704, ［招待講演］
  • 生体組織の光学計測
    西村 吾朗
    「光×質量分析」の可能性, 2019年03月22日, 日本語, ポスター発表
    2019年03月22日, ［招待講演］
  • Sensitivity of fluorescence signal in strong scattering medium with background fluorescence
    Goro Nishimura
    A3 Workshop in Applied Inverse Problems, 2019年01月28日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2019年01月28日 - 2019年01月30日, 10748193, ［招待講演］
  • 医療応用のための近赤外蛍光プローブの高感度検出
    西村 吾朗
    第34回近赤外フォーラム, 2018年11月22日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • 生体組織中にある蛍光ターゲットの高感度検出 (2)
    西村 吾朗
    Optics and Photonics Japan 2018, 2018年10月31日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • Time-Domain Optical Tomography For Fluorescence Objects
    西村 吾朗
    Tianyuan Workshop on Mathematical and Computational Challenges of Medical Imaging and Inverse Problems, 2018年08月13日, 英語, シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • 組織深部拡散蛍光トモグラフィー：時間領域からのアプローチ
    西村 吾朗
    第37回日本医用画像工学会大会, 2018年07月25日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国内会議］
  • Fluorescence Image Contrast Improvement by a Time-domain Method
    西村 吾朗
    2018 OSA Biophotonics Congress: Biomedical Optics, 2018年04月03日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Optical tomography for near-infrared fluorescence imaging
    西村 吾朗
    Inverse problems and medical imaging, 2018年02月13日, 英語, シンポジウム・ワークショップパネル（公募）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Diffuse Correlation Spectroscopy: Analysis of Moving Particles
    西村 吾朗
    Inverse problems and medical imaging, 2018年02月13日, 英語, シンポジウム・ワークショップパネル（公募）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • 散乱光の時間応答関数と入射出射ジオメトリ
    西村 吾朗
    輸送理論と生体医用光学, 2018年02月01日, 日本語, シンポジウム・ワークショップパネル（公募）
    ［招待講演］, ［国内会議］
  • メロンにおける光学特性値算出と光伝搬モデルによる数値解析
    服部 聖仁; 藤井 宏之; 西村 吾朗; 小林 一道; 渡部 正夫
    第31回近赤外フォーラム, 2017年11月27日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • 生体組織中にある蛍光ターゲットの高感度検出
    西村 吾朗
    Optics and Photonics Japan 2017, 2017年10月30日, 日本語, ポスター発表
    ［国内会議］
  • Aspiration Risk Detection Using Oral Administratio n of Fluorescent Food -- Preliminary Experiments Using Meat Phantoms
    SUZUKI T; SAITO R; KITADA N; KOIKE T; MAKI S; MICHIWAKI Y; NISHIMURA G; NIWA H; YAMADA Y
    2017 IEE E International Conference on Cyborg and Bionic Systems, 2017年10月17日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Time-domain fluorescence diffuse optical tomography for quantitative imaging of a fluorescence target in deep biological tissue
    西村 吾朗
    第94回日本生理学会大会, 2017年03月28日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［国内会議］
  • A novel approach for the time-domain fluorescence imaging of a semi-infinite turbid medium: Monte Carlo evaluation
    PRIETO Kernel; 西村 吾朗
    Bios SPIE Photonics West, 2017年01月28日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Quantitative method to determine the optical properties of melons by the photon diffusion equation
    HATTORI K; FUJII H; 西村 吾朗; KOBAYASHI K; WATANABE M
    Asian NIR Symposium 2016, 2016年11月30日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Near-infrared optical properties of white bread using the light propagation model
    FUJII H; 西村 吾朗; HATTORI K; KOBAYASHI K; WATANABE M
    Asian NIR Symposium 2016, 2016年11月30日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • 反射型拡散蛍光トモグラフィ ー 半無限媒体中の蛍光ターゲットイメージング
    PRIETO Kernel; 西村 吾朗
    Optics and Photonics Japan 2016, 2016年10月30日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • Optical properties of melons determined by an analysis based on the photon diffusion equation
    HATTORI K; FUJII H; 西村 吾朗; KOBAYASHI K; WATANABE M
    First Food Chemistry Conference - Shaping the Future of Food Quality, Health and Safety, 2016年10月30日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Near-infrared fluorescence detection and its medical applications
    西村 吾朗
    The 10th ICME International Conference on Complex Medical Engineering, 2016年08月06日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［国際会議］
  • A new strategy of the time-domain fluorescence imaging for a semi-infinite turbid media
    PRIETO Kernel; 西村 吾朗
    2nd Biomedical Imaging and Sensing Conference 2016, 2016年05月18日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • 拡散干渉計測と時間分解計測の同時測定による散乱体動態解析
    西村 吾朗
    Optics and Photonics Japan 2015, 2015年10月28日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • A novel fluorescence lifetime analysis for in vivo measurements
    西村 吾朗
    The 14th Conference on Methods and Applications in Fluorescence, 2015年09月13日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Diffuse Optical Tomography - Actual Problems in Reconstruction with Time-domain Data
    西村 吾朗
    The 9th ICME International Conference on Complex Medical Engineering, 2015年06月18日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Near-infrared fluorescence fluctuation measurement system -- Its design and applications
    西村 吾朗
    5th Asian and Pacific Rim Symposium on Biophotonics, 2015年04月22日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Study on a reconstuction technique using time domain reflectance measurements data
    古川 大介; 西村 吾朗
    5th Asian and Pacific Rim Symposium on Biophotonics, 2015年04月22日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • ヒト組織深部のイメージングを可能とする定量的蛍光分子イメージング基盤技術の確立
    西村 吾朗
    第５３回日本生体医工学会大会, 2014年06月26日, 日本語, シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
    ［招待講演］, ［国内会議］
  • Fluorescence decay measurement in tissue-like scattering medium
    西村 吾朗; 古川 大介; AWASTHI Kamlesh
    OSA Topical meeting Biomedical Optics, 2014年04月26日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Tissue optical properties in an 1-um wavelength region
    西村 吾朗
    第１５回光科学技術で拓く脳・精神科学平和探求研究会, 2014年02月20日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • 時間分解法による生体組織計測へ向けて
    西村 吾朗
    香川大学社会連携・知的財産センター技術協力会, 2013年03月01日, 日本語, 公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等
    ［招待講演］, ［国内会議］
  • Non-contact type time-domain fluorescence diffuse optical tomography for quantitative analysis of fluorophores
    西村 吾朗
    Bios SPIE Photonics West, 2013年02月02日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • 散乱体中での蛍光寿命計測
    西村 吾朗
    日本光学会年次学術講演会 OPJ2012, 2012年10月23日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • 蛍光を用いた蛍光物質の吸収の拡散光イメージング ーその考え方と実験データの考察
    西村 吾朗
    日本光学会年次学術講演会 OPJ2011, 2011年11月28日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • Complex formation of some near-infrared cyanine dyes in serum albumin - serum albumin induces a new reaction
    西村 吾朗
    第49回日本生物物理学会年会, 2011年09月16日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • Time-domain fluorescence diffuse optical tomography for living animals by total-light algorithm
    西村 吾朗
    Bios SPIE Photonics West, 2011年01月22日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • 時間領域蛍光イメージング -時間応答関数の性質と定量的イメージング
    西村 吾朗
    日本光学会 (OPJ2010), 2010年11月08日, 日本語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • 1μm波長域での組織光計測
    西村 吾朗
    第14回酸素ダイナミクス研究会, 2010年09月04日, 日本語, シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
    ［国内会議］
  • 1P346 燐光の強度相関法による寿命測定と酸素濃度測定(計測,ポスター発表,第45回日本生物物理学会年会)
    西村 吾朗; 白 燦基; 田村 守
    生物物理, 2007年11月20日, 英語
  • 3P314 近赤外1μm領域における生体組織の散乱吸収特性の解析(計測)
    西村 吾朗; 田村 守
    生物物理, 2004年11月10日, 日本語
  • ディジタルオシロスコープによるナノ秒蛍光寿命測定
    西村 吾朗; 田村 守
    生物物理, 2003年08月25日, 日本語
  • 6aQA-11 ヒアルロン酸水溶液中における観測時間スケールに依存した拡散ダイナミクス(液晶・ゲル・高分子溶液,領域12)
    益田 晶子; 丑田 公規; 西村 吾朗; 金城 政孝; 田村 守; 越野 広雪; 山下 宏一
    日本物理学会講演概要集, 2002年08月13日, 日本語
  • 2L1630 多光子励起蛍光相関分光法の紫外色素計測への応用
    西村 吾朗; 金城 政孝
    生物物理, 2000年08月05日, 日本語
  • 3PA114 制限酵素によるdsDNA切断反応の蛍光相関分光法による計測
    西村 吾朗; 金城 政孝
    生物物理, 1999年09月02日, 日本語
  • 蛍光相関分光法による単一分子レベルの酵素反応解析
    西村 吾朗; 金城 政孝
    生物物理, 1999年03月25日, 日本語
    Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) method has been attractive as an analytical tool, particularly in biophysics and biochemistry, with the recent developments of the method. FCS with confocal optics of microscope and real time correlator equipment achieves analysis of fluorescent species in single molecu1e level from a very small sample area (<1 mm) and volume (〜fl) in almost real time (sec〜min). An application to the analysis of enzymatic reaction in solution with FCS is demonstrated as a basis of the analysis to tackle the problems in vivo. The concept of FCS and future view are also discussed.
  • 29p-XF-7 制限酵素によるdsDNA切断反応の蛍光相関解析
    西村 吾朗; 金城 政孝
    日本物理学会講演概要集, 1999年03月15日, 日本語
  • 31p-YY-9 拡散波分光法によるゲル化過程の解析
    西村 吾朗; WEITX D.A; YODH A.G
    日本物理学会講演概要集, 1998年03月10日, 日本語
  • 2Q18 蛍光相関法による大腸菌シャペロンGroEL : 基質相互作用の解析
    白 燦基; 西村 吾朗; 金城 政孝; 田村 守; 青木 勝彦; 田口 英樹; 吉田 賢右
    生物物理, 1997年09月05日, 日本語
  • 29p-WE-3 蛍光相関法による大腸菌シャペロニン : 基質相互作用の解析
    白 燦基; 西村 吾朗; 金城 政孝; 青木 勝彦; 田口 英樹; 吉田 賢右
    日本物理学会講演概要集, 1997年03月17日, 日本語
  • 自己相関蛍光分光法を用いたDNA断片数の分子カウント
    金城 政孝; 西村 吾朗; 小山 富康
    日本分子生物学会年会プログラム・講演要旨集, 1996年08月01日, 日本語
  • 長鎖DNAの加水分解過程のFCS計測
    西村 吾朗; 金城 政孝
    日本物理学会講演概要集. 秋の分科会, 1995年09月12日, 日本語
  • 近赤外時間分解分光法の生体組織酸素代謝計測への応用
    小田元樹; 山下豊; 西村吾朗; 田村守
    応用物理学会学術講演会講演予稿集, 1995年08月, 日本語
  • 光子相関法による懸濁液中での吸収定量
    西村吾朗; 片山薫; 金城政孝; 田村守
    日本生物物理学会年会講演予稿集, 1995年08月, 日本語
  • 近赤外時間分解分光法の生体内ヘモグロビン濃度計測への応用
    小田元樹; 山下豊; 太田和義; 西村吾朗; 田村守
    応用物理学関係連合講演会講演予稿集, 1994年03月, 日本語
  • 近赤外時間分解分光法の生体計測への応用
    小田元樹; 山下豊; 太田和義; 西村吾朗; 田村守
    応用物理学会学術講演会講演予稿集, 1993年09月, 日本語
  • 30a-D-13 NADHの蛍光寿命解析(IV)
    脇田 政嘉; 西村 吾朗; 田村 守
    年会講演予稿集, 1992年03月12日, 日本語
  • 30a-D-12 NADHの蛍光寿命解析(III)
    西村 吾朗; 脇田 政嘉; 田村 守
    年会講演予稿集, 1992年03月12日, 日本語
  • 3p-C3-7 結晶中Eu^<3+>の蛍光の圧力効果
    西村 吾朗; 栗田 厚; 櫛田 孝司
    秋の分科会講演予稿集, 1988年09月16日, 日本語
  • 3a-G3-12 タンパク中トリプトファンの蛍光寿命の温度依存性(生体物理)
    西村 吾朗; 栗田 厚; 櫛田 孝司
    年会講演予稿集, 1988年03月18日, 日本語
  • 28p-D-14 Eu^<3+>プローブによるアモルファス物質中の結晶場解析
    西村 吾朗; 櫛田 孝司
    秋の分科会講演予稿集, 1987年09月16日, 日本語
  • 1a-D5-7 Ca(PO_3)_2:Eu^<3+>ガラスの蛍光スペクトルの偏光特性(1a D5 イオン結晶・光物性(不純物中心・欠陥生成・磁性体・他),イオン結晶・光物性)
    西村 吾朗; 櫛田 孝司
    年会講演予稿集, 1985年03月31日, 日本語
  • 5p-TC-4 Ca(PO_3)_2ガラス中でのEu^<3+>のエネルギー準位
    西村 吾朗; 櫛田 孝司
    秋の分科会講演予稿集, 1984年09月10日, 日本語
■ 所属学協会
  • SPIE
  • 日本光学会
  • 米国光学会
  • 物理学会
  • 生物物理学会
  • Optical Soceity of Japan
  • Optical Society of America
  • The Biophysical Society of Japan
  • The Physical Society of Japan
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 近赤外蛍光による下咽頭残留食物モニタリング：誤嚥リスク検出と電気刺激による治療
    科学研究費助成事業
    2024年04月 - 2027年03月
    小池 卓二; 西村 吾朗; 中川 量晴; 香取 幸夫; 森本 韻
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 電気通信大学, 24K03305
  • 多重散乱体での光渦の伝搬解析と拡散蛍光イメージングへの応用
    科学研究費助成事業
    2023年04月 - 2025年03月
    西村 吾朗
    拡散蛍光トモグラフィにおける再構成画像を改善するために蛍光検出の感度、蛍光の時間応答関数の数学的解析、さらに励起光の散乱体透過深度向上のための光渦の散乱体透過特性に関して検討した。
    最初に、過去行った生体組織模擬試料に埋め込まれた蛍光体の測定データを解析するために解析モデルを構築した。検出深さ感度を定量的に評価するために測定データの分散に注目し、それに対する蛍光信号の大きさを持って評価した。その結果、外来光の存在下では外来光に基づく検出光ゆらぎが検出可能深さを決定している主なる原因であることがわかった。それをもとに入射受光間距離の最適値を評価し、結果を論文としてまとめ投稿中である。
    蛍光の時間応答関数を用いた画像再構成において、時間応答関数を特徴づけるパラメータとして何を用いるべきかと言う議論があるが、最もノイズレベルが低くなる時間応答関数の最大値を与える時間(ピーク時間)がロバストなパラメータである。そこで、蛍光体を点とした時のピーク時間と蛍光体の位置に関する関係を数学的に解析した。蛍光の時間応答関数は励起光蛍光それぞれの光伝搬関数の畳込み積分で表現されるが、それからピーク時間を求めるために蛍光体深さを十分深いと考える極限で考え、界面のFresnel反射を考慮した新しい解析式の導出に成功しその結果を論文として発表した(Eom et.al. 2024, Shuli et.al.2023)。また、蛍光寿命を考慮した解析式の導出の試みを進め、現在投稿論文としてまとめている段階である。
    光渦の散乱体伝搬特性が異なることがこれまで報告されているが、その透過特性を確かめるために液晶retarderを利用したLaguerre-Gaussモードの生成光学系を構築し、イントラリピッドを散乱体とする溶液での散乱透過パターンを計測した。その結果は報告結果と異るため詳細な検討を進めている。
    日本学術振興会, 学術変革領域研究(A), 北海道大学, 23H04127
  • 高密度なコロイド溶液におけるふく射の干渉効果とふく射輸送に及ぼす影響の解明
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    藤井 宏之; 西村 吾朗; 渡部 正夫; 小林 一道
    本研究の目的は、「生体を模擬した高密度なコロイド溶液に対して、輻射（ふくしゃ）の干渉効果を組み込んだ輻射輸送モデル(輸送モデル)を新たに構築した上で、干渉効果が及ぼす光伝播への影響を明らかにすること」である。生体光イメージングや光治療において、生体内の光伝播を定量的に把握することが必要であり、光を輻射と捉えた輸送モデルが活用されている。しかし、従来の輸送モデルには、生体のような高密度な散乱媒体において重要となる干渉効果が考慮されていない。本研究では電磁波の散乱理論より干渉効果を考慮した散乱特性を計算し、輸送モデルに組み込んだ上で光強度の時間分解波形を数値計算する。また、短パルスレーザー光源による光強度計測も実施する。干渉効果が光伝播へ影響を及ぼす時空間スケールについて、散乱係数などで表される無次元数を用いて解析し、理論、数値計算、実験より体系的に明らかにする。この目的を達成するため、本年度は以下の３項目について研究を実施した。
    １．光散乱特性を簡潔に記述するモデル式を開発した。モデル式により、単一散乱の寄与と干渉効果の寄与を分離して評価することに初めて成功した。
    ２．分担研究者の西村吾朗助教の波長可変の光計測システムを利用して、コロイド溶液（脂質エマルジョン）において、濃度20%まで21条件、720 nmから860 nmまでの6条件で光計測を実施した。光計測データを逆解析することで算出した光学特性値をモデル式より解析し、干渉効果の波長依存性を明らかにした。
    ３．分子動力学シミュレーションにより構造特性を計算し、干渉散乱理論に組み込んで散乱特性を計算した。粒子間の引力相互作用が散乱特性に強く影響を及ぼすことを明らかにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 20H02076
  • 近赤外蛍光検査システムを応用した新しい嚥下機能評価に関する基礎的研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    吉見 佳那子; 小池 卓二; 道脇 幸博; 西村 吾朗; 戸原 玄; 中川 量晴
    本年度は、まず、蛍光計測法の有用性評価のための予備実験を実施した。
    牛肉ブロックとバルーンカテテールを用いてヒトの咽頭の梨状窩を再現し作成したファントムと、ヤギの頭頸部標本を使用した。実験項目は、①近赤外線ファイバおよび蛍光検出ファイバを取り付けたプローブの頚部への照射角の設定、②咽頭通過する食物中の蛍光を計測可能な蛍光強度積算時間の設定、③咽頭残留を計測する最適スパンの検討、である。その結果、①光プローブと頚部の接触角度が蛍光強度可否に大きく影響すること、②嚥下時に食塊が咽頭を通過する速度での蛍光検出は深さ25mmまでは可能であること、③最適スパンは10mmから20mmであること、がわかった。
    また、人を対象とした計測では蛍光計測と嚥下造影検査を同時に実施する予定であったため、ICG入り検査食に硫酸バリウムやとろみ剤を混和した場合に、蛍光強度に影響するか調査した。その結果、混和前と比較し混和後は蛍光強度が大きくなる傾向が見られたが、検査自体には支障はないことがわかった。
    予備実験終了後、実際に嚥下障害患者を対象とし計測を実施した。対象は、東京医科歯科大学病院摂食嚥下リハビリテーション外来を受診する嚥下障害患者4名である。嚥下時の蛍光計測および嚥下造影検査を同時に実施し、得られた蛍光強度と検査画像を対応させた。その結果、咽頭残留、咽頭通過の蛍光検出が可能であった。一方で、プローブの接触位置や接触強さが検出精度に影響するため、プローブ形態やセンサの感度を改良し、検査手技の簡易化と検出精度向上を検討する必要があることが示唆された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 東京医科歯科大学, 20K12741
  • 生体組織内部にある蛍光体の高感度検出を可能とするタイムドメイン蛍光法
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    西村 吾朗; 藤井 宏之
    散乱体に埋め込まれた蛍光体に関して、その時間応答関数に関して、研究協力者と検討した。特に、S/Nが最も良くなる時間応答関数が最大値を取る時間を、点蛍光体に関して解析的に導出し、厳密な証明を与えた。これらの結果を投稿論文としてまとめ投稿した。
    時間応答関数を観測する上で、検出条件が与える影響を評価するために、MCシミュレーションを行った。特に、検出方向の境界面に対する角度依存性を検討した。検出方向の方位角を4分割、極角を10分割しそれぞれの方向で検出される光子数に関してシミュレーションを行った。入射点と検出点を結ぶ方向に対し直角となる方位角で検出する場合の極角に対する依存性は、界面のフレネル反射と拡散反射のみで説明可能であった。一方、入射点と検出点を結ぶ方向では、入射点方向から離れる方向では強度が大きくなる一方、逆の方向では強度が小さくなり、直角方向のそれとの違いはほぼ対称的であった。この結果は、拡散近似に含まれる流れの項で説明できることがわかった。その一方、時間応答の速い時間ではそれらからずれ、拡散近似の破れが現れた。これらの結果は、10月に行われた国内学会、4月に行われた国際会議で報告した。
    散乱体濃度に対して時間応答特性がどのように変化するか、特にその波長依存性に関して、共同研究者とより詳細に解析を進めた。その結果、濃度に対する散乱係数の依存性の非線形性が、波長が長くなるにつれより薄い濃度で現れることが明らかになった。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 19K04421
  • 蛍光食品を用いた非侵襲誤嚥検査法の研究開発
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2018年06月29日 - 2020年03月31日
    山田 幸生; 小池 卓二; 丹羽 治樹; 牧 昌次郎; 西村 吾朗; 道脇 幸博
    蛍光食品を用いた非侵襲誤嚥検査法の開発に向けた研究において，ヒトを用いた実験に先立ち，生体模擬試料を用いて予備実験を行い，生体内部の蛍光体からの蛍光検出が可能な蛍光体の深さ，生体表面に接触させる光プローブの照射・検出点間距離の最適化，蛍光体として食品に混入させる薬品（インドシアニングリーン，ICG）の最適な濃度，ICGを混入させる最適な食品などを調べた．具体的には，ヒトの生体組織と近赤外波長域（700 nm ～ 1200 nm）での光学特性が似ていると言われている牛肉のブロックを用い，その中にICGを混入させた牛乳や寒天など（ICG食品）をおよそ0.6 mL含んだカプセルを牛肉ブロック内のある深さに埋め込み，牛肉ブロックの表面に光プローブを接触させて，蛍光強度を計測した．牛肉からも蛍光（自家蛍光）が発生するが，自家蛍光よりもICG食品からの蛍光が強ければ計測可能とし，その結果，光プローブの照射・検出点間距離としては30 mmが最適で深さ25 mm程度までの蛍光が観察可能という結果が得られた．その後，ヒトを用いた実験に対する倫理審査委員会の承認を得たのち，ヒトでの実験を行った．60歳以上の健常高齢者２名を被験者として実験を行い，被験者の頸部に光プローブを接触させながら，ICG牛乳やICG寒天を経口摂取するとその直後から蛍光を計測することができた．また，嚥下内視鏡検査を行いながらおよそ10 mLのICG食品を摂取する実験も行い，咽頭内へのICG食品の滞留と蛍光計測との強い相関を得ることができ，蛍光食品を用いた非侵襲誤嚥検査法の原理を検証することができた．
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 電気通信大学, 18K18448
  • ヒト組織深部のイメージングを可能とする定量的蛍光分子イメージング基盤技術の確立
    産学共創基礎基盤研究
    2011年12月 - 2017年03月
    西村 吾朗
    JST, 研究代表者, 競争的資金
  • 生体組織病態検出のための散乱光ゆらぎイメージング技術の確立
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    西村 吾朗
    組織を透過した散乱光強度ゆらぎ解析による組織診断イメージング技術の確立のために、高時間分解能、多点の光子計数システムを試作し光子相関解析を行った。さらに、定量的なイメージングを行うために、散乱光の時間分解解析と光子相関解析とを同時に出来るシステムを構築した。そのシステムを用いて組織模擬散乱体と生きたラット腹部の計測を行った。その結果、皮膚表面から腹部内部の血流に支配されるゆらぎの計測と同時に血液の吸収などに依存する吸収係数および組織の構築などに依存する散乱係数を決定し画像化することが出来た。この技術をガンなどの病態の評価へと応用することにより新しい光学的診断技術が確立すると考えられる。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 24500504
  • リアルタイム分光イメージングによる食品の安全性モニタリングおよび通電加熱による高効率殺菌技術の開発
    重点地域研究開発推進プログラム、育成研究
    2009年04月 - 2012年03月
    澤山 一博
    JST, 競争的資金
  • 分子イメージング機器研究開発プロジェクト／新規悪性腫瘍分子プローブの基盤技術開発
    新規悪性腫瘍分子プローブの基盤技術開発
    2009年01月 - 2010年03月
    西村 吾朗
    NEDO, 研究代表者, 競争的資金
  • 近赤外光を用いた脳浮腫モニタリング手法の確立
    シーズ発掘試験
    2007年08月 - 2008年03月
    西村 吾朗
    本研究は光学的手法により脳浮腫を早期にモニタ可能とする技術を確立することが目的である。1μmを超える近赤外光領域を利用し浮腫形成を反映する組織の水の吸収および散乱特性を主として時間分解計測法を用いて評価する。これらのために高感度計測法を検討するとともに、小動物モデルを用いた組織の光学特性評価を行う。それにより、実用化に適した波長などの光学測定条件などを決定し、モニタリング手法の基礎技術を確立する。この結果をさらに、今までのMRIと異なるベッドサイドなどでのモニタが可能となるシステムへと展開することができる。
    JST, 研究代表者, 競争的資金
  • 多点同時測定蛍光相関分光装置の試作と細胞内分子間相互作用の解析
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2003年 - 2005年
    金城 政孝; 田村 守; 西村 吾朗; 宮崎 忠昭; 野村 保友; 南波 昭宏
    細胞内の微視的な領域、例えば、外界に近い細胞膜の近傍と核に近い深部などや、また個々の小器官、エンドソームや小胞体、ミトコンドリアなどでは、細胞内の位置により、物質の偏りやpH、イオン濃度、また酸素濃度勾配の違いなどを始め、様々な物質の分布の偏りが予想される。細胞内の局所の位置により(空間的に)、また物質の代謝の状態により(時間的)、その内部環境は異なっていることが予想される。そこで本研究は生きた細胞内のダイナミックな分子間相互作用明らかにするために単一分子レベルの高感度で多点同時測定の蛍光相関分装置(Fluorescence Correlation Spectroscopy、FCS)の試作と基礎研究を行う事を目的とした。
    本研究課題ではまず試作機を作ることに重点を置き初年度は2色の蛍光が励起できるようにFCCS測定視野を作った。2年度までにその測定視野を最大4ヶ所測定移動して測定可能な装置として稼働することを確認した。さらに最終年度はそのうちの2箇所の測定場所を交互に測定する時間を短縮し、約10ミリ秒まで可能とし、データが取得できることを確認した。
    測定対象は当研究室で経験のある、細胞質から核内へ移動して遺伝子の転写調節を行うグルココルチコイドレセプター(GR)を最初の研究対象とした。TPA刺激後に細胞質から核へGRが移動するとともに,FCSで測定された分子数が細胞質では減少,核では増加する過程が観察された。また、さらに、拡散時間の時間的変化、1分子あたりの蛍光強度の変化についても検出、解析を行った。2点同時測定が可能となったので、2点間のシグナルの相関をとることで、空間相互相関法の測定を行なった。
    細胞内の物質が移動する場合、その方向性があれば、2点間の場所に相関が出ることが期待でき、新たな測定法ならびに細胞内の解析法の基礎を築いた。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 15370062
  • 集団分子診断を目指した蛍光相関遺伝子検出システムの開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2000年 - 2002年
    金城 政孝; 石館 文善; 野村 保友; 西村 吾朗; 堀 邦夫
    特定遺伝子やその遺伝子の発現の検出には、様々な手法の中でもPCR(Polymerase Chain Reaction)やRT-PCR法がよく知られている。申請者等は極微小領域を出入りする蛍光分子の動きに由来する蛍光揺らぎを測定する蛍光相関分光法(Fluorescence Correlation Spectroscopy, FCS)を利用することで、その簡便な検出法の開発を行った。FCSはサブフェムトリットル(10-15L)オーダーの極微小な溶液の中を観察する事でブラウン運動に由来する1分子レベルの蛍光強度の揺らぎを検出し、分子の数や運動を測定する方法である。一本鎖短鎖DNA(プライマー)から二本鎖長鎖DNA(ターゲットDNA)へ長さが長くなる(分子量の増加)と同時にランダムコイル構造から剛直な円柱構造へ変化し、そのため並進拡散定数(ブラウン運動の速さ)が大きく変化する。その速度変化を蛍光相関分光法を用いて簡便に、しかも単一分子レベルの高感度で測定することで標的遺伝子の増幅過程を反応溶液中にて定量することを目的とした。
    そのためにこれまでPCRを行う時に、2種類用意するPCRの反応プライマーのうち蛍光標識標識プライマーの量を極端に少なくすることで、FCSに最適なPCR法の確立を行った(FA-PCR法)。
    これまでに、装置の試作をおこない、既設のFCS装置の試料台の電動化を行い、96ウェルならびに384ウェルのコントロールが可能な事を示した。装置の改良に重点を置いた。さらに、今年度はこれまで顕微鏡ベースの装置を利用してきたが、半導体レーザーと、顕微鏡レンズを利用することで非常にコンパクトな装置の試作を行い、実証した。
    今後の課題としては、2色の蛍光色素を用いることでどの程度まで感度を上昇させることが可能か明らかにする必要がある
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 12557235
  • 燐光プローブを用いた低酸素誘導因子が活性化される細胞内酸素濃度の測定
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2000年 - 2001年
    野村 保友; 西村 吾朗
    生体が遺伝子レベルで低酸素に適応するときの細胞内酸素濃度を燐光寿命から明らかにすることを目的にした。平成12年度科学研究費補助金により燐光寿命測定装置の性能は大幅に改善した。安定した燐光寿命を測定でき、その寿命の値は文献値とよく一致した。これを受けて本年度は細胞内酸素濃度と遺伝子レベルの低酸素応答の関係を解析するために、低酸素に対する細胞の応答を詳細に検討した。酸素消費速度は温度を密接な関係があるため、まず密閉型フローセル内の灌流温度を37度に厳密に保てることを確認した。細胞内在の酸素濃度インジケーターとして、低酸素時の細胞内NADHの蛍光強度変化の検出を試みたが、単一細胞からの信号は非常に弱かった。低酸素誘導因子の活性化に伴う核移行を抗体を用いて確実に検出できる条件を検討した。ウェスタンブロツトではコバルト処理により低酸素誘導因子の分子量に相当するバンドが強く現れた。一方、固定した細胞の免疫染色では明確な核移行を確認できず、低酸素誘導因子抗体に適した固定法を検討中である。低酸素負荷が低酸素誘導因子の活性化によって生存へ向かわせるのかあるいはアポトーシスへ向かうのかを検討するために、アポトーシス促進の指標としてBAX遺伝子活性化をRT-PCRで検出できるようにした。今後は燐光寿命測定装置を用いて、培養細胞の細胞内酸素濃度を評価し、低酸素誘導因子の核移行による標的遺伝子活性化を、そのメッセンジャーRNAやタンパクの発現と対応させる予定である。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 12680821
  • 蛍光相互相関分光法による三重鎖DNA分子間相互作用の解析
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    1999年 - 2000年
    金城 政孝; 西村 吾朗
    本研究の目的は分子間相互作用を高感度に検出する蛍光相互相関分光法(Fluorescence Cross Correlation Spectroscopy、FCCS)を用い、蛍光標識二重鎖DNA+蛍光標識オリゴDNAを対象にして、三重鎖DNA生成時の分子間相互作用の特徴を明らかにすることである。これまで我々の開発してきた蛍光相関分光法(FCS)ではその検出は分子の大きさ、分子を球としたときのその半径、そのため2重鎖+1重鎖のように分子量変化が2倍程度の時はFCSの測定パラメータである拡散時間の変化は1.2倍の相違しか検出が期待できない。そこで、発光波長の異なる2種類の蛍光分子の揺らぎの「同時性」を解析することに基づくFCCSを用いて、分子が結合して同時に動く時の、同時に揺らいでいる信号を検出し、それを解析することで三重鎖形成解析のための定量的手法を確立し、安定化機構を明らかにしようとするものである。
    FCCSでは2種類の蛍光色素を用いて、それぞれ別のオリゴDNA鎖に結合させて、その蛍光強度の揺らぎを測定する。これまでにRhodamine GreenとCy5の組み合わせが最適であることが分かった。また、相補的な20塩基対、相補的な40塩基対並びに、相補的でない20塩基と40塩基の組み合わせで、それぞれFCCSの測定を行った。その結果、相補的な20塩基並びに40塩基の組み合わせにおいては明確な相互相関の信号が得られ、それぞれ2重鎖の形成率が43%と50%であること、また一方、相補的でない組み合わせでは信号が得られなかった。
    一方、DNA結合蛋白質である、Fos、Junとその認識DNA配列の組み合わせを用いたモデル実験では、色素と蛋白もしくはDNAの組み合わせによっては凝集体ができたりして、条件によっては測定が不可能な事があることが分かった。
    現在これらの結果をもとに3重鎖形成の過程をFCCSを用いて測定解析を進めている。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 11680651
  • 単一分子検出法による三重鎖DNAの作用機序の研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    1995年 - 1996年
    金城 政孝; 西村 吾朗
    [目的]本研究は単一分子検出法の一つである蛍光相関分光法(Fluorescenc Correlation Spectroscopy,FCS)を用いて,溶液中での3重鎖DNAの形成機序の解明を目的とした。このために3重鎖DNAの一つのモデルとして蛍光標識(ロ-ダミン)オリゴT15DNAをプローブとし,ホモプリン:ホモピリジン鎖で形成された2重鎖DNAをターゲットとして,プローブDNAの並進拡散速度の変化から3重鎖生成過程をとらえ、それを用いて3重鎖DNA作用機序の解明を行なおうとしたものである。初年度はFCS法を3重鎖DNAの生成過程の定量化法として確立した。次年度は実際の3重鎖形成過程をFCSを用いて測定を行い,その過程を解析した。
    [方法]まず,光標識モノマー(Flu-dUTP)存在下でPCR法を用いる事により,DNA鎖長をコントロールしながら,蛍光標識を導入す方法を開発した。これにより,50塩基対から7000塩基対までの様々の長さのDNAの並進拡散速度を調べる事が可能となった。また,3重鎖DNAの生成過程と比較するために蛍光標識一本鎖DNAが相補的なDNA鎖に結合し2重鎖DNAを生成する過程を解析した。
    [結論]FCSで求められた2重鎖DNAの並進拡散速度はDNAを剛体棒状分子として数値計算した結果と非常に良い一致を示した。3重鎖DNAはさらに強固な構造を取ることが考えられるため,FCSを用いて3重鎖DNAの形成過程を解析できる事を明かにした。
    3重鎖DNAの生成速度は2重鎖DNAに比較して遅い事,また,2重鎖DNAでは加えたプローブDNAの全量が結合したのに対し,3重鎖DNAでは8割しか結合していないことが分かった。今後,塩基配列を変えたプローブDNAやターゲットDNAを用いてミスマッチの影響を調べて行く予定である。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 07808072
  • Tissue imaging using near-infrared light
    競争的資金
■ 産業財産権
  • 解析装置、撮像システムおよび解析方法
    特許権, 西村 吾朗; 大舘 暁; 鳥羽 英光; 大滝 桂; 山崎 康子; 菅原 貴光
    特願2017-199471, 2017年10月13日
  • 生体検査装置及び生体検査方法
    特許権, 西村 吾朗
    特願2017-181583, 2017年09月21日
  • Arrangement and method to apply diffusing wave spectroscopy to measure the properties of multi-phase systems, as well as the changes terein (AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,EE,ES,FL,GB,GD,GB,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,・・・
    特許権
    WO99/51954
    Arrangement and method to apply diffusing wave spectroscopy to measure the properties of multi-phase systems, as well as the changes terein (AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,EE,ES,FL,GB,GD,GB,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,US,UG,US,UZ,YN,YU,ZA,ZW)
  • 散乱媒質中における吸光物質の濃度測定方法
    特許権
    特開平9-33433
  • 散乱媒質内吸光物質の濃度測定方法および装置
    特許権
    特許第3310390号
■ 学術・社会貢献活動／その他
社会貢献活動
  • 光で生体組織を見る!
    2016年10月25日
    講師
    北海道新聞社
    国民との科学・技術対話
  • 光と生体観察・計測
    2015年01月22日 - 2015年01月23日
    講師
    日本光学会
    第５１回冬期講習会