Computational CMOS image sensor for wide-field quantitative tissue imaging
| Project/Area Number |
21H04557
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
香川 景一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30335484)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中澤 謙太 静岡大学, 工学部, 助教 (50824520)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
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| Keywords | CMOSイメージセンサ / マルチアパーチャ / マルチストレージ / 広視野生体計測 / 定量計測 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，生体の多様な情報を適切な手法・条件で効率的に取得する，再構成・プログラム可能なマルチモダリティ生体定量計測カメラを開発する．そのコアデバイスとして，時間分割多重・時間ゲートによる機能的撮影を行うマルチストレージ画素とマルチアパーチャ光学系による空間分割多重撮影を融合した汎用コンピュテーショナルCMOSイメージセンサデバイス(MaMs-compCIS)を開発する．このデバイスを多波長短パルス2値構造光照明と同期して得た時空間画像情報から，生体中の色素濃度・散乱係数の多層分布，血流スピードの面内分布など複数の計測モダリティに対する生体情報を同時計測する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 本研究のコアデバイスであるマルチアパーチャ・マルチストレージコンピュテーショナルCMOSイメージセンサ(MaMs-compCIS)について，画素値読出し回路を改良して，読み出しスピードを向上し，画素信号振幅を拡大した．アパーチャごとに独立の露光パターンを可能とするために，シリアルで露光パターンを書き込む回路を実装した．
(2) 8タップCMOSイメージセンサを用いて，環境光下において，動きがある対象を計測する被験者実験を行った．学内の倫理委員会の承認を受けた上で適正な方法で5名の計測を行い，前述の環境においても対称を正しく計測できることを確認した．
(3) 波長依存が小さく，小型・高コントラスト・多波長重畳が可能な2値構造照明生成用の光学モジュールを開発した．本年度は，昨年度に検討したマルチライン生成光学系を元に， 2次元(2D) MEMSスキャナを用いた2D MEMSを用いたマルチライン生成光学系を構築し，その実証を行った． CW光源を用いて2値構造光を走査して，DCとACに対する振幅反射画像を得た．
(4) 短パルスの2値構造光を生体に照射して得られる時空間的光信号を用いた簡易的なリアルタイムトモグラフィ技術として，ルックアップテーブル(LUT)を利用した時空間周波数領域イメージング(STFDI)を開発し，シミュレーションによりパラメータ推定が可能であることを確認した．
研究課題(1)(2)(4)を研究代表者（香川），研究課題(3)を研究分担者（中澤）が行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
利用を想定していたLSI試作サービスが2022年度に行われなかったために，2023年度に設計したLSIを試作することになった．イメージセンサの試作が遅れていることから，研究室で開発済みのマルチタップCMOSイメージセンサを転用し，コンセプト実証を進めた．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究のコアデバイスであるマルチアパーチャ・マルチストレージコンピュテーショナルCMOSイメージセンサ(MaMs-compCIS)を試作するために，ファウンダリと交渉を行った．その結果2023年度に試作できることがほぼ確定した．試作したイメージセンサとMEMSミラーを用いた2値構造光照明装置を組み込んだ計測システムを構築し，実証実験を行う．
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Report
(3 results)
Research Products
(25 results)
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[Presentation] A 2x2-aperture 4-tap multi-modal tissue imager for multi-band SFDI and MELSCI2022
Author(s)
Yuto Shimada, Kazuki Takada, Hoang Son Nam, Kakeru Miyazaki, Keita Yasutomi, Shoji Kawahito, Christian Crouzet, Bernard Choi, Gordon T. Kennedy, Anthony J. Durkin, Keiichiro Kagawa
Organizer
Photonics West, SPIE BiOS
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