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3D optical coherence tomography using frequency-tunable broadband optical comb for biological measurement

Research Project

Project/Area Number 16H03164
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

CHOI SAMUEL  新潟大学, 自然科学系, 研究准教授 (60568418)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 洋介  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20283343)
村松 正吾  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (30295472)
Research Collaborator Hibino Hiroshi  
Nin Fumiaki  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2016: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
Keywords光コヒーレンストモグラフィー / 内耳感覚上皮帯 / 光計測 / 感覚上皮帯 / 医工連携 / 生体光計測 / 光コム / 干渉顕微鏡 / 振動計測 / 生体振動計測 / 計測工学 / 応用光学・量子光工学 / 光源技術 / 医用画像・バイオイメージング / 生体光学 / 生体計測 / 光生体計測 / ナノバイオ / メカノバイロジー
Outline of Final Research Achievements

In this research, we have developed an "en-face multi-frequency swept optical coherence microscopic vibrometer” for high-precision tomographic imaging and visualization of living biological tissues by medical engineering collaboration. An ultra-broadband light source (Supercontinuum) was introduced as a light source with an en-face imaging optical system utilizing a multi-wavelength scanning interference measurement method was produced. We achieved depth resolution of 2.7 μm in tomographic imaging with resolution of 3.5 μm in x-y axis of the microscopic image. Furthermore, we could detect the vibration of sensory epithelium of a living guinea pig with a sensitivity of about 10 nm.
In addition, we examined the validity of the "optical comb" light source that can perform multi-wavelength scanning all-electronically. This novel light source showed that it is possible to visualize a faster tomographic image and vibration distribution more accurately.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本格的な高齢化社会の到来に伴い、難聴を患う高齢者の増加が想定される。聴覚は、3層の異なる細胞層からなっている感覚上皮帯のナノ振動により惹起される。この内耳の感覚上皮帯の機能不全が難聴の原因となる。従って、その振動様態のメカニズムを解明することが急務である。本研究では、生きた動物の感覚上皮帯をターゲットとして新しい光断層撮像装置を開発した。新しい計測手法と特殊なレーザ光源を導入することで、生きた状態の感覚上皮帯において、従来のレーザ振動計よりも詳細かつ広範囲に振動様態を可視化することが可能になった。従って、本研究により開発された機器は難聴の解明などの内耳医療に貢献することが期待される。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (46 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Exact surface profile measurement without subtracting dispersion phase through Fourier transform in a white-light scanning interferometer2018

    • Author(s)
      Luo Songjie、Sasaki Osami、Chen Ziyang、Choi Samuel、Pu Jixiong
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 57 Issue: 4 Pages: 894-894

    • DOI

      10.1364/ao.57.000894

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hearing Loss Controlled by Optogenetic Stimulation of Nonexcitable Nonglial Cells in the Cochlea of the Inner Ear2017

    • Author(s)
      Sato MP, et al.
    • Journal Title

      Frontiers in Molecular Neuroscience

      Volume: 10 Pages: 300-300

    • DOI

      10.3389/fnmol.2017.00300

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Computer modeling defines the system driving a constant current crucial for homeostasis in the mammalian cochlea by integrating unique ion transports2017

    • Author(s)
      Nin F, et al.
    • Journal Title

      npj Systems Biology and Applications

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 4-4

    • DOI

      10.1038/s41540-017-0025-0

    • NAID

      130007901272

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 3-D surface profile measurement using spectral interferometry based on continuous wavelet transform2017

    • Author(s)
      Serizawa Takuma、Suzuki Takamasa、Choi Samuel、Sasaki Osami
    • Journal Title

      Optics Communications

      Volume: 396 Pages: 216-220

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2017.03.053

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      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multifrequency-swept optical coherence microscopy for highspeed full-field tomographic vibrometry in biological tissues2017

    • Author(s)
      Choi Samuel、Sato Keita、Ota Takeru、Nin Fumiaki、Muramatsu Shogo、Hibino Hiroshi
    • Journal Title

      Biomedical Optics Express

      Volume: 8 Issue: 2 Pages: 608-608

    • DOI

      10.1364/boe.8.000608

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The unique ion permeability profile of cochlear fibrocytes and its contribution to establishing their positive resting membrane potential,2016

    • Author(s)
      T. Yoshida, F. Nin, S. Murakami, G. Ogata, S. Urtsuka, S. Choi, T. Nakagawa, H. inohara, S. Komune, Y. Kurachi, H. Hibino
    • Journal Title

      Pflugers Arch.

      Volume: 468 Issue: 9 Pages: 1609-1619

    • DOI

      10.1007/s00424-016-1853-2

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  • [Presentation] 先端的イメージング振動計測装置による内耳の感覚上皮帯ナノ振動の平面分布2019

    • Author(s)
      崔 森悦,任 書晃,太田 岳,日比野 浩
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      日本薬理学会第92回年会
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  • [Presentation] 内耳の感覚上皮帯に生じるナノ振動の抽出とその調節機構の検討2019

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      太田 岳、任 書晃、崔 森悦、日比野 浩
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      第92回日本薬理学会年会
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  • [Presentation] 改良型イメージング振動計測装置による内耳感覚上皮帯ナノ振動の深度分布2019

    • Author(s)
      任 書晃、太田 岳、崔 森悦、日比野 浩
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      第92回日本薬理学会年会
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  • [Presentation] 聴覚の特徴に資する内耳感覚上皮帯のナノ振動の同定 解剖学会-生理学会 連携シンポジウム:「内耳蝸牛・聴覚伝導路に置ける音信号伝達・処理メカニズムの形態学的・生理学的基盤」2019

    • Author(s)
      太田 岳、任 書晃、崔 森悦、日比野 浩
    • Organizer
      第124回日本解剖学会総会全国学術集会
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  • [Presentation] Detection of an atypical motion in cochlear sensory epithelium.2019

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      Ota T, Nin F, Choi S, Hibino H
    • Organizer
      9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress in conjunction with The 96th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An imaging system for 3D detection of nano-vibrations in sensory epithelium of the inner ear.2019

    • Author(s)
      Nin F, Choi S, Ota T, Hibino H
    • Organizer
      9th FAOPS Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress.
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of nanoscale vibrations in the inner ear by advanced vibrometries.2019

    • Author(s)
      Hibino H, Ota T, Choi S, Nin F
    • Organizer
      9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress in conjunction with The 96th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan.
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] OCT Volumetric Data Restoration via Primal-Dual Plug-and-Play Method2018

    • Author(s)
      Shogo Muramatsu, Samuel Choi, Shunske Ono, Takeru Ota, Fumiaki Nin, Hiroshi Hibino
    • Organizer
      2018 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 改良型広視野ヘテロダイン干渉振動法による2次元面の一括振動計測2018

    • Author(s)
      崔 森悦,任 書晃,太田 岳,佐藤 洸平,日比野 浩
    • Organizer
      日本光学会年次学術講演会OPJ2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 位相変調型デュアルファイバープローブによるフリンジプロジェクション法2018

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      長谷川 陽平,崔 森悦,鈴木 孝昌,任 書晃,日比野 浩
    • Organizer
      日本光学会年次学術講演会OPJ2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 多波長走査型光コヒーレンス顕微鏡を用いた内耳感覚上皮帯振動計2018

    • Author(s)
      崔 森悦,任 書晃,太田 岳,佐藤 洸平,村松 正吾,日比野 浩
    • Organizer
      日本光学会年次学術講演会OPJ2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 階層的スパース正則化とハード制約を利用したOCTボリュームデータ復元の実データ検証2018

    • Author(s)
      藤井 元暉,村松 正吾,崔 森悦,小野 峻佑,太田 岳,任 書晃,日比野 浩
    • Organizer
      電子情報通信学会信号処理研究会
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  • [Presentation] 内耳のナノ振動計測を標的とした改良型レーザー干渉法の創出2018

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      太田 岳、崔 森悦、任 書晃、日比野 浩
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      第57回日本生体医工学会大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 内耳の感覚上皮ナノ振動の3次元計測を志向した新規光干渉顕微鏡の創製2018

    • Author(s)
      任 書晃、崔 森悦、太田 岳、日比野 浩
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      第57回日本生体医工学会大会
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  • [Presentation] 内耳の感覚上皮ナノ振動の3次元計測を志向した新規光干渉顕微鏡の創製2018

    • Author(s)
      崔 森悦、任 書晃、太田 岳、日比野 浩
    • Organizer
      第57回日本生体医工学会大会
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  • [Presentation] 改良型振動計による内耳ナノ振動の測定と解析 シンポジウム「分子から個体のメカノバイオ:多様な物理刺激とその応答」2018

    • Author(s)
      日比野 浩、太田 岳、崔 森悦、任 書晃
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] 内耳の感覚上皮ナノ振動の3次元計測を志向した新規光干渉顕微鏡の創製2018

    • Author(s)
      任 書晃、崔 森悦、太田 岳、日比野 浩
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      第28回日本耳科学会総会・学術講演会
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  • [Presentation] 改良型レーザ干渉計による内耳蝸牛の感覚上皮帯ナノ振動測定2018

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      太田 岳、崔 森悦、任 書晃、日比野 浩
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      第28回日本耳科学会総会・学術講演会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 感覚上皮帯の非典型な動きの同定と分析2018

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      太田 岳、任 書晃、崔 森悦、日比野 浩
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      第65回中部日本生理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 内耳の感覚上皮ナノ振動の3次元計測を志向した光干渉顕微鏡の創製2018

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      任 書晃、崔 森悦、太田 岳、日比野 浩
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      第65回中部日本生理学会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 多波長走査型干渉顕微鏡を用いた広視野in-vivo蝸牛基底板の振動計測2018

    • Author(s)
      崔 森悦, 任 書晃, 太田 岳, 佐藤 敬太,日比野 浩
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 内耳蝸牛の感覚上皮帯に生じるナノ振動の特性:改良型レーザ干渉計による検討2018

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      太田 岳、崔 森悦、任 書晃、日比野 浩
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      第95回日本生理学会大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Multi-frequency swept en-face optical coherence microscopy with supercontinuum comb for in-vivo measurement of inner ear2017

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      S. Choi, F. Nin, T. Ota, K. Sato, T. Suzuki, H. Hibino
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      The Twelfth Japan-Finland Joint Symposium on Optics in Engineering (OIE17)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生きた感覚上皮帯の 3 次元振動分布計測のためのスーパーコンティニウム多波長走査型en-face OCT 顕微鏡2017

    • Author(s)
      崔 森悦,任 書晃,太田 岳,佐藤 敬太,日比野 浩
    • Organizer
      日本光学会OPJ2017
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  • [Presentation] Multi-frequency swept en-face optical coherence microscopy with supercontinuum comb for in-vivo measurement of inner ear2017

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      S. Choi, F. Nin, T. Ota, K. Sato, T. Suzuki, H. Hibino
    • Organizer
      The 7th Korea-Japan Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP2017)
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      2017 Annual Research Report
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  • [Presentation] 内耳ナノ振動を標的としたレーザ干渉計の作製と技術展開2017

    • Author(s)
      太田 岳、崔 森悦、任 書晃、日比野 浩
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      第68回日本薬理学会北部会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 内耳ナノ振動を標的としたレーザ干渉計の作製と技術展開2017

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      太田 岳、崔 森悦、任 書晃、日比野 浩
    • Organizer
      第64回中部日本生理学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 非負制約を利用した en-face OCTボリュームデータ信号復元2017

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      村松正吾,崔森悦,小野峻佑,伊藤迅平, 太田岳, 任書晃,日比野浩
    • Organizer
      第32回信号処理シンポジウム
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 多波長走査型 OCT による生体内振動計測(招待講演)2017

    • Author(s)
      崔森悦,任書晃,太田岳,日比野浩
    • Organizer
      レーザ学会学術講演会第37回年次大会
    • Place of Presentation
      徳島大学( 徳島県徳島市新蔵町)
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 変調器を用いた光パルスと周波数コムの生成2017

    • Author(s)
      菅野 光成, 黒川 隆志, 塩田 達俊, 田中 洋介
    • Organizer
      平成28 年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
    • Place of Presentation
      東海大学高輪キャンパス(東京都港区高輪2丁目)
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 波長可変な広帯域コムの生成と精密分光へ応用 波長可変な広帯域コムの生成と精密分光へ応用 波長可変な広帯域コムの生成と精密分光へ応用 波長可変な広帯域コムの生成と精密分光へ応用2017

    • Author(s)
      郡場 元太,小久保宰,森貴宏,田中 洋介, 黒川 隆志,塩田達俊,柏木謙
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市西区みなとみらい)
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 二重正弦波位相変調法を用いた生体ナノ振動計測技術の開発2016

    • Author(s)
      太田岳, 崔森悦, 任書晃, 日比野浩
    • Organizer
      第58回光波センシング技術研究会
    • Place of Presentation
      東京理科大学森戸記念館(東京都新宿区神楽坂4丁目)
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  • [Presentation] 生体内ナノ振動計測を目指した多波長走査型en-face OCTの開発2016

    • Author(s)
      崔森悦, 任書晃, 太田岳, 日比野浩
    • Organizer
      第58回光波センシング技術研究会
    • Place of Presentation
      東京理科大学森戸記念館(東京都新宿区神楽坂4丁目)
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Wide-field Heterodyen Vibrometry for Measurement of Surface Vibrations in Biological Tissues2016

    • Author(s)
      S Choi, F. Nin, T. Suzuki, H. Hibino
    • Organizer
      IEEE OMN2016
    • Place of Presentation
      シンガポールNUS(シンガポール)
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  • [Presentation] 広視野ヘテロダイン干渉振動計測法による生体表面の高速振動計測2016

    • Author(s)
      崔森悦, 鈴木孝昌, 任書晃, 日比野浩
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟トキメッセ( 新潟県新潟市中央区万代島)
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  • [Presentation] 2 波長合成レーザ干渉計測法による段差計測2016

    • Author(s)
      宗村章平, 崔森悦, 鈴木孝昌, 佐々木修己
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      第77回応用物理学会秋季学術講演会
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      新潟トキメッセ( 新潟県新潟市中央区万代島)
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  • [Presentation] 多波長走査型 en-face 干渉顕微鏡による生体内部の形状計測2016

    • Author(s)
      佐藤敬太, 任書晃, 日比野浩, 崔 森悦
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟トキメッセ( 新潟県新潟市中央区万代島)
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  • [Presentation] 3D Tomographic Measurement of Interior Surface Vibrations in Thick Biological Tissues Using Multifrequency Sweepable Optical Comb2016

    • Author(s)
      S. CHOI, F. NIN, K. SATO, H. HIBINO
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      2016 Collaborative Conference on 3D & Materials Research
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      仁川国際センター(韓国)
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  • [Presentation] パラメータ最適化によるen-face OCT の観測過程推定2016

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      伊藤迅平, 村松正吾, 崔森悦
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      第31 回信号処理シンポジウム
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      大阪関西大学100周年記念会館(大阪府吹田市山手町)
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  • [Remarks] 波動光応用研究室

    • URL

      http://optlab.eng.niigata-u.ac.jp/index2.html

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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