光CTの実現を目指した生体内音響光学特性に関する基礎研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11780627
• Research Institution: Hokkaido Institute of Technology
• Principal Investigator: 北間 正崇 北海道工業大学, 工学部, 助教授 (50285516)
• Keywords: 光CT / 散乱 / 回折 / 屈折 / 生体計測 / 光計測 / 超音波計測 / 無侵襲計測

Research Abstract

光による断層イメージング(光CT)は,体内臓器の「形態・機能情報」を分光学的に取得できる医療上実用性の高い新技術であり,国内外で活発に研究が行われている.しかし生体中を直進透過した光の利用を考えた場合,生体組織の持つ強い光散乱性により光路を特定できないことに起困する,検出光量および空間分解能の低下が問題となる.これに対し新たな光生体計測法として,超音波による音響光学効果の利用が考えられる.本研究では散乱体内における光と音波の拳動を明らかにするとともに,その生体透視への応用さらには光CT実現の可能性を拓くことを目的として基礎的検討を行った.以下に得られた知見を述べる.
1.超音波照射による散乱媒質中の光路変化に関する検討
(1)短パルス光入射による時間分解計測の結果,超音波照射により検出波形に変化が観測された.これは音響エネルギーによる散乱粒子の局在化に起因する散乱状態変化が起こっているものと推測される.
(2)波形変化は散乱体の光学的濃度(OD:optical density)が0.7〜1.7の範囲で顕著に観測された.
2.超音波照射による散乱媒質の透過散乱光の変調特性に関する検討
(1)照射光に対し試料中えで超音波を直交させ,得られる透過変調光の解析を行った.その結果,超音波照射場に到達する以前に入射光のコヒーレンシィが失われている場合,干渉系により検出された位相変調光強度は強度変調光強度に対して5dB程度増加することが示された.また計測システムの最適化により,厚さ10cm程度までの生体試料の計測が可能と考えられる.
(2)試料表面から数mmの深さで超音波により位相変調を受けた後方散乱光を干渉系により検出,解析した.その結果,透過法と同程度の変調光強度を検出でき,実用の可能性を示すことができた.
以上,本研究の結果は音響光学効果の利用により光CT実現の新たな可能性を示す基礎データとなるものである.

Research Products

• [Publications] 大山晃一: "連続光CTをめざした光伝搬解析(II) -光子の出射角度と伝搬経路の関連性-"電気関係学会北海道支部連合大会講演論文集. 463 (1999)
• [Publications] 大山晃一: "連続光CTをめざした近軸散乱光の特性解析"日本ME学会北海道支部大会講演論文集. 16 (1999)
• [Publications] 大山晃一: "連続光CTをめざした散乱現象の解析(III) -近軸領域における吸収係数変化検出の可能性-"医用電子と生体工学. 第37巻特別号. 190 (1999)
• [Publications] 高木謙太郎: "生体機能イメージングのための時間・空間領域における光散乱解析(3) -近軸散乱光による吸収係数計測の可能性-"医用電子と生体工学. 第37巻特別号. 196 (1999)
• [Publications] 木戸岡智志: "近軸散乱光の出射特性に関する基礎的検討"電気学会論文誌E. Vol.119-E No.6. 352-353 (1999)
• [Publications] 大山晃一: "生体内における近軸散乱光の伝搬特性に関する研究"電子情報通信学会技術研究報告. MBE99. 23-28 (1999)
• [Publications] Masataka Kitama: "Feasibility test to detect near-axis scattered light"Proceedings of CLEO/Pacific Rim'99. 1309-1310 (1999)
• [Publications] 北間正崇: "散乱媒質中における近軸散乱光の挙動解析(III)-光子の伝搬経路と出射角度の関連性-"北海道工業大学研究紀要. 第28号(掲載予定). (2000)
• [Publications] 清水孝一: "生体組織における光散乱効果抑制のための基礎的検討"電気学会光応用・視覚研究会資料. (掲載予定). (2000)