2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of time-reversal measurement technique using phase-conjugate wave for noninvasive spectral analysis of animal body
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18K18865
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
清水 孝一 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授(任期付) (30125322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 祐次 北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (50261582)
北間 正崇 北海道科学大学, 保健医療学部, 教授 (50285516)
浪田 健 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (10571250)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 位相共役 / 時間反転 / 生体計測 / 無侵襲計測 / 分光計測 / 拡散 / 光散乱 / 光伝搬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入することにより、これまで実現が困難であった強い散乱体内部局所領域の選択的分光計測法の創成を目的とする。初年度の研究実績は次のとおりである。
１．理論解析により、着想を具現化するための基本的計測方法、計測条件、計測範囲などを明確化した。具体的には、(1)輸送方程式の拡散近似式からスタートし、散乱体内部の光伝搬領域の時間変化を定式化した。(2) 理論モデルをもとに、必要とされる入射光量、検出感度、計測系のＳＮ比、計測可能深さ等の解析を行った。
２．理論解析の結果をもとにシミュレーションを行い、計測対象および所要計測範囲に対する最適化を行った。具体的には、(1) 拡散方程式を基本とした理論モデルをもとに、生体内部局所領域分光を模擬するシミュレーションプログラムを開発した。(2) モンテカルロ法による光伝搬シミュレーションとの比較を通し、開発プログラムの正確さを検証した。(3)真皮組織における血液分光を具体的対象に、計測条件の最適化を図った。(4) 得られた最適化条件の妥当性を、モンテカルロシミュレーションとの比較により検証した。
３．理論解析およびシミュレーションの結果を踏まえ、散乱体内部局所領域分光計測システム実機の具体的設計開発を開始した。このシステムは、ディジタル位相共役光の利用を基本とするものであり、散乱体からの出射光の位相の空間分布をホログラムとして計測記録するＣＭＯＳカメラと、ＰＣで計算した位相共役光の空間分布を発生させる空間位相変調器を中心に構成されている。開発した実験システムを用いた初期実験で、位相共役光の発生を確認した。
４．これらの成果を国際会議や国内学会で発表するとともに、学術誌に投稿し採択、掲載された。発表の内1件は、表彰を受けた。また、2019年10月開催の国際会議での基調講演が決定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
位相共役光の時間反転原理を応用した散乱抑制イメージングでは、散乱体透過光から位相共役光を生成して、散乱体内を逆伝搬させる。この位相共役光生成の正確さが、提案手法成否の鍵となる。従来の方法では、散乱体透過光の位相情報のみ共役化した光を生成し利用していた。本研究において、位相情報だけではなく強度情報も正しく再現した位相共役光を生成することが可能となり、イメージング性能が大きく向上することが明らかになった。これにより、本研究の進展が加速されると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
位相情報だけではなく強度情報も正しく再現した位相共役光を用い、当初の計画を越えた性能の技術開発に向け本研究課題を推進する。
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| Causes of Carryover |
初年度購入予定の機器を使用する実験において、他予算で購入した機器を用いてより高精度な計測が可能なことがわかった。このため節約できた予算を、翌年度にさらに高性能な実験機開発に利用することにした。
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