Digital aberration correction for in vivo 3D biological high-resolution OCT imaging
| Project/Area Number |
22K04962
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
巻田 修一 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (50533345)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安野 嘉晃 筑波大学, 医学医療系, 教授 (10344871)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 光コヒーレンストモグラフィ / デジタルフォーカス補正 / 不随意運動 / デジタル収差補正 |
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| Outline of Research at the Start |
高速な三次元生体組織イメージングが可能な光コヒーレンストモグラフィー (OCT) には横分解能が低いという問題がある。これを解決可能なデジタル収差補正には、通常の OCT よりさらに高速な撮影速度が求められる。
本研究では、生体の不随意運動に耐性のあるデジタル収差補正方法を開発して、高分解能 OCT 三次元イメージングを実証することを目的とし、
① 1次元走査分の OCT 信号のみでデジタル収差補正を行うアプローチ方法を提案して検証、
② 生体の OCT イメージングに対する提案手法の実証と問題点の検証
③ 提案方法におけるデジタル収差補正の最適化
を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題のアプローチの主軸である、1次元の収差補正と複数方向の走査データの組わせによる分解能向上について、in vivo ヒト皮膚でのデジタルフォーカス補正による原理検証を行った。狭い走査範囲でのモーション補正と、一次元デジタルフォーカス補正と複数方向の走査データを組み合わせた補正をかけることにより、不随意運動による位置ずれが補正され、デフォーカスによる皮膚内部構造のボケが改善された。ピント位置(インフォーカス)から遠い深さ位置でも微細な内部構造を可視化できることが確認できた。
また、高次収差を含めた 3次元 OCT データを補正するための理論モデルを構築し、基本アルゴリズムの実装を行った。微粒子試料を用いた検証により、高次収差が存在する場合でも、3次元 OCT データの補正を各深さ毎に処理することなく達成できることが確認できた。ただし、高次収差を含む場合、補正パラメータの推定は多次元最適化問題となり、収束に難がある場合が確認された。
In vivo ヒト網膜イメージングにおいて、プローブ光を Lissajous パターンで走査しつつ走査位置をずらすことで、高密度空間サンプリングと広い画角を達成した [Makita et al., Biomed. Opt. Express 13, 5212-5230 (2022)]。この手法と本課題で提案する収差補正方法の組合わせることで、広い画角で収差補正した高分解能網膜 OCT イメージングを実現することが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
第一の目的である1次元補正と複数方向の走査データを組み合わせる本アプローチの検証は、デフォーカスのみの基礎的な動作検証は達成された。今後は、より高次の収差を含んでいる場合への適応を検証していく。
高次収差を含む場合の補正方法も、試料を用いた検証により動作確認が行われた。
これらのことから、高次収差を含む場合の in vivo 生体高分解能 OCT イメージングへの事前準備がスムーズに進行しているため、本課題は当初の計画通りに順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
In vivo 生体での高次収差も補正するアプローチの動作検証と問題点の洗い出し・解決案の検討と実装を行う。
上記概要でも触れた、多次元最適化問題へのアプローチを検討し、最適化アルゴリズム・最適化コスト関数の見直しと組合せの検討をする。
これら進めていき、in vivo 生体での三次元高分解能イメージングの実現を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(25 results)
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[Presentation] Low- and high-resolution volumetric dynamic optical coherence tomography of in vitro cell cultures2023
Author(s)
Rion Morishita, Ibrahim Abd El-Sadek, Pradipta Mukherjee, Tomoko Mori, Suzuki Toshio, Antonia Lichtengger, Lim Yi Heng, Zhu Yiqiang, Shuichi Makita, Yuki Yamamoto, Tetsuharu Nagamoto, Satoshi Matsusaka, Yoshiaki Yasuno
Organizer
Optical Coherence Tomography and Coherence Domain Optical Methods in Biomedicine XXVII
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[Presentation] Volumetric differential contrast imaging by computationally augmented optical coherence tomography microscopy2023
Author(s)
Kiriko Tomita, Shuichi Makita, Naoki Fukutake, Rion Morishita, Ibrahim Abd El-Sadek, Pradipta Mukherjee, Antonia Lichtengger, Junya Tamaoki, Lixuan Bian, Makoto Kobayashi, Tomoko Mori, Satoshi Matsusaka, Yoshiaki Yasuno
Organizer
Label-free Biomedical Imaging and Sensing (LBIS) 2023
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