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High-resolution scattering imaging using backscattering matrix

Research Project

Project/Area Number 21K18724
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

Matoba Osamu  神戸大学, 次世代光散乱イメージング科学研究センター, 教授 (20282593)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 全 香玉  神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (40814778)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Keywords散乱イメージング / 後方散乱行列
Outline of Research at the Start

散乱体内部の高解像蛍光イメージングを実現する方法を提案する。本研究では,微小蛍光体を用い,空間光変調素子により発生させた様々な照射パターンとそれによる蛍光強度イメージングまたは蛍光複素振幅イメージングにより反射型配置で後方散乱行列を求める。人工散乱体及び生体組織等の散乱体を用いて実験を実施し,ライブ生体イメージングに向けて提案手法の可能性を検討する。

Outline of Final Research Achievements

In this research, in order to realize high-resolution fluorescence imaging in the scattering media, we have developed a method to recover images from scattered fluorescence images by two-photon excitation based on speckle illumination generated by a phase-mode spatial light modulator and a scattering medium, using the scattered point spread function obtained by non-negative matrix factorization and their cross-correlation calculation. Experiments using fluorescent beads have demonstrated that the proposed method is capable of regenerating fluorescent bead positions. We also proposed a coaxial configuration of scattering matrix measurement method for deep illumination of scattering medium, and demonstrated its feasibility by simulations and experiments.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体は強い散乱体として作用することからその内部を非破壊かつ低侵襲に高解像度イメージングを実現することは非常に困難な状況にある。特に生体内部を観察するためには散乱で劣化した画像を反射型で観察する必要がある。本手法は,反射型配置に基づき,生体深部を観察するために2光子励起を用いる手法を提案したものである。実証実験によりスペックルパターン照明でも2光子励起が可能であり,散乱画像から直径2 umの蛍光ビーズの位置を再生できることを実証した。これらの成果により深部散乱透視イメージング技術の開発に向けて重要かつ基礎的な結果を得た。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] 時空間光波シンセシスによる散乱環境下でのイメージング2023

    • Author(s)
      的場 修, 米田 成, 全 香玉, Manoj Kumar
    • Journal Title

      光学

      Volume: 52 Pages: 52-59

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 「散乱・揺らぎ場の包括的理解と透視の科学」におけるコンピュテーショナルイメージングの活用2022

    • Author(s)
      的場修,全香玉
    • Journal Title

      OplusE

      Volume: 44 Pages: 124-128

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 強度輸送方程式に基づく蛍光3次元イメージングと位相回復法を組み合わせた散乱透視イメージング2023

    • Author(s)
      松田 汐利,正田 茉鈴,米田 成,全 香玉,的場 修,渡邉 歴
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Focused Spot Generation based on Digital Phase Conjugation by Transport of Intensity Equation in Scattering Media2022

    • Author(s)
      S. Matsuda, N. Yoneda, X. Quan, O. Matoba, W. Watanabe
    • Organizer
      Biomedical Imaging and Sensing Conference (BISC) 2022,
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Common-path Incoherent Digital Holography Using Polarizing Optical Elements2022

    • Author(s)
      M. Nishimura, X. Quan, O. Matoba
    • Organizer
      3D Image Acquisition and Display: Technology, Perception and Applications 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurement of Scattered Fluorescence Light by TIE-based 3D Fluorescence Imaging Technique2022

    • Author(s)
      M. Shoda, X. Quan, T. Murata, Y. Awatsuji, O. Matoba
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics/Pacific Rim 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強度輸送方程式と反復位相回復法を組み合わせた蛍光ビーズの散乱透視イメージング2022

    • Author(s)
      松田汐利,米田成,Manoj Kumar,全香玉,的場修,渡邉歴
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 散乱場におけるTIE蛍光波面計測による集光性能向上2022

    • Author(s)
      松田汐利, 正田 茉鈴,米田 成,全 香玉,的場 修,渡邉 歴
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 透過行列測定による光波マニピュレーション2022

    • Author(s)
      岡田 英介,全 香玉,的場 修
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan(OPJ2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 深層学習を用いたTIE3次元蛍光像の改善2022

    • Author(s)
      大浦 秀喜,Sudheesh K. Rajput,Manoj Kumar,全 香玉,的場 修
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会,X02-14a-X-03
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] マルチモーダルイメージング技術とその散乱光計測への展望2021

    • Author(s)
      場 修, 全 香玉, マノジ クマー, スディーシュ ラジプット, 粟辻 安浩
    • Organizer
      Optics and Photonics Japan 2021, 28aAS1
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] 神戸大学次世代光散乱イメージング科学研究センター

    • URL

      http://www.oasis.kobe-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      https://www.lab.kobe-u.ac.jp/csi-applied-optics/index.html

    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-07-13   Modified: 2024-01-30  

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