2023 Fiscal Year Research-status Report
Optical diffraction tomography for high-accuracy label-free 3D bioimaging
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22K04974
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
吉田 周平 近畿大学, 理工学部, 准教授 (10632606)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 光回折トモグラフィ / ディジタルホログラフィ / バイオイメージング / ラベルフリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の成果を踏まえて2023年度は主として実験による屈折率分布の可視化に取り組んだ。
光回折トモグラフィ(ODT)では、散乱ポテンシャルおよび屈折率分布の再構成には位相を含む物体の複素振幅分布を必要とする。本研究では物体の複素振幅分布を測定する手法としてディジタルホログラフィ(DH)を用いた。DHにおいてホログラムから物体光を抽出する手法として広く用いられている位相シフト法では、解像度の高い物体光が得られる反面、参照光の位相をずらしながら複数のホログラムを測定する必要があるため、高速測定が難しいという問題がある。そこで本研究では、高解像度と高速測定を両立可能な並列位相シフト法に基づいたODT光学系を構築した。並列位相シフトODTでは、1/2波長板と1/4波長板を用いて位相がπ/2ずつずれた4つのホログラムを生成し、偏光イメージングカメラにより各々を分離して同時取得することで、測定時間を大幅に短縮できる。
検証実験では珪藻をサンプルとして用いた測定を行った。面内方向の再構成はおおむねイメージセンサの解像度から期待できる分解能を得られた。一方、使用した対物レンズの開口数(NA)が小さかったため、サンプルに対するビーム入射角が浅く、光軸方向の分解能は面内方向と比較すると改善すべき余地が認められた。サンプルの光軸方向の周波数成分を測定するためにはビーム入射角を大きくする必要があるため、今後は高NAの対物レンズを光学系に組み込んで実験を進める。
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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
研究2年目である2023年度は主として実験による検証に取り組んだ。物体の複素振幅分布の測定手法として並列位相シフトディジタルホログラフィ(DH)を採用した。並列位相シフト光学系では、1/2波長板と1/4波長板を用いて位相がπ/2ずつずれた4つのホログラムを生成し、偏光イメージングカメラにより各々を分離して同時取得することで、短時間で解像度の高い複素振幅分布を測定可能である。本研究では、上記の並列位相シフト光学系に空間光変調器(SLM)を組み込んだトモグラフィ光学系を構築した。SLMを用いることで、機械的動作を伴うことなく、サンプルに対するビームの入射角を変えることができる。
実験では珪藻をサンプルとして用いた測定を行った。SLMを組み込んだ並列位相シフト光学系により測定した複素振幅分布から屈折率分布を再構成した。本実験により得られた屈折率分布から、面内方向に対して光軸方向の分解能が不足していることが確認できた。実験で用いた対物レンズの開口数(NA)が比較的低いため、資料に対するビームの入射角度が浅く、光軸方向の周波数成分を取得できなかったことが原因としてあげられる。次年度は高NAの対物レンズを導入して、光軸方向の分解能を向上させる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、トモグラフィ光学系に高開口数(NA)の対物レンズを組み込み、より実用的な光回折トモグラフィ(ODT)システムの構築を図る。あわせて、多重散乱モデルに基づいた実用的な再構成ソフトウェアを開発する。
現在構築している光学系では、波長板と偏光イメージングカメラを利用した並列位相シフト法により短時間で物体光波を測定することができる。一方で対物レンズのNAが低いためサンプルに対するビームの入射角が浅く、光軸方向の分解能には改善の余地が認められる。今後は高NAの対物レンズを光学系に組み込むことで、ビーム入射角を拡大し、光軸方向の分解能を改善する。
また、将来的な公開を視野に入れて、ODTのための実用的なソフトウェアの開発を進める。
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