低コヒーレンス光イメージングによる生体機能検出に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11780620
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 近江 雅人 大阪大学, 医学部, 助手 (60273645)
• Keywords: 低コヒーレンス光干渉 / 光コヒーレンストモグラフィ / 生体機能イメージング / 酸素濃度分布測定 / 表皮下末梢血管系

Research Abstract

本年度は我々がこれまで行ってきた生体内構造検出の基礎実験を踏まえて、多波長低コヒーレンス光干渉法を用いて表皮下抹消血管系の酸素濃度分布を測定・高分解光機能イメージングを行った。
(1)酸素濃度分布測定には、血中ヘモグロビンの吸光度測定に必要な可視450〜600nm域の低コヒーレンス光源が必要である。可視域で発振する半導体レーザ(LD)をしきい値以下の注入電流で駆動して低コヒーレンス干渉計を構成し、所望のコヒーレンス長〜10μmを得た。さらに本測定光学系を用いてマウスの末消血管系の光コヒーレンストモグラフィを取得し、直径約100μmの血管の断層像を得ることができた。
(2)多波長LDによる低コヒーレンス干渉光学系を用いて、血中ヘモグロビンの酸素化-脱酸素化状態を測定して、空間分解能>10μmで生体機能の光イメージングを行った。さらにCCD検出器を用いて生体表皮下構造をイメージングして分解能を評価した。
(3)信号処理系の雑音の低減とデータ取込み時間の短縮を図り、3mm^2で<2分のデータ取込み・信号処理を実現した。さらにステージの高速化を準備中であり、<30秒以下の測定が可期待できる。本手法でヒト爪、皮膚のOCTをin vivoで取得し、高速測定の有用性を確認した。
(4)微弱光検出系を整備して、現状の〜1mmの到達深度を約2mmまで向上することができた。本手法を消化器系へ応用し、到達深度を定量的に評価した。

Research Products

• [Publications] Shogo Inoue: "A low coherence interferometer system for simultaneous measurement of refractive index and thickiness ranging 20 μm to a few millimeters"13th Int'l Conf. Optical Fiber Sensors (OFS-13). Tu4-6. 124-127 (1999)
• [Publications] 近江 雅人: "低コヒーレンス光干渉による生体組織の屈折率と厚さ測定"医用電子と生体工学. Vol.37,No.1. 78-84 (1999)
• [Publications] Hideki Maruyama: "A practical measurement system for determination of refractive index and thickness using the low coherence interferometry"1999 Int'l Conf. Opt. Eng.for Sensing and Nanotech. (ICOSN'99). proc.SPIE.Vol.3740. 26-29 (1999)
• [Publications] Mitsuo Nakamura: "Time-gated spectroscopic study of laster-ablation plume of biological tissue"The 3rd Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/PR'99). Tech.Digest Vol.1. 45-46 (1999)
• [Publications] Masamitsu Haruna.: "Low coherence interferometry for simultaneous measurement of refractive index and thickeness"The 3rd Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/PR'99). Tech.Digest Vol.1. 64-65 (1999)
• [Publications] 井上 将吾: "超低コヒーレンス光干渉による膜の屈折率と厚さ同時測定"応用物理学会・光波センシング技術研究会. LST24-14. 87-94 (1999)
• [Publications] Masamitsu Haruna: "Calcium dertection of human hair and nail by the nanosecond time-gated spectroscopy of laser-ablation plume"SPIE International Conf. BIOS 2000 (Biomedical Optics). Paper3917-14. 128-128 (1999)
• [Publications] Masamitsu Haruna: "Detection of phase transition of a biological membrane by precise refractive-index measurement based on the low coherence interferometry"SPIE International Conf. BIOS 2000 (Biomedical Optics). Paper3915-25. 108-108 (1999)
• [Publications] Masamitsu Haruna: "Optical reflection imaging for display of 2-D refractive index distribution along the geometrical thickness"OSA Biomedical Topical Meeting. Paper MB5(to be presented). (1999)