生物の成長過程観察を目的とした非侵襲可視光CTの開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420386
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 小関 道彦 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (50334503)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 画像計測 / プロジェクショントモグラフィ / 可視光 / 生体観察 / 非侵襲計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、生体に対して非侵襲な可視光プロジェクショントモグラフィを開発し、小動物の成長過程や運動の様子について継時的かつ三次元的に生体内部を観察可能なシステムを構築することを目的としている。平成27年度は、前年度に計測した屈折率推定手法に基づく光路補正アルゴリズムの開発および性能検証を行うことを目指して検討を行った。
平成27年度の検討により、まず、自動ステージを計測実験システムに導入することにより、従来実験よりも多数の透過像を得られるようになり、実験精度の向上を実現した。また、レーザー光および高速度カメラを導入し、よりプロジェクショントモグラフィに適した実験系を実現した。
次に、実験に用いる被写体の屈折率推定精度の向上を実現した。本推定手法では、実験により得られる画像情報と光路追跡シミュレーションにより得られる画像情報の評価により屈折率を推定するが、両者の条件をより厳密に一致させることにより、推定精度の向上を実現した。
そして、光路補正アルゴリズムの検討において、円柱レンズに入射される光路を正確に追跡するソフトウェアを開発し、出力位置と入力位置の対応付けを実現し、補正アルゴリズムの定式化を試みた。
しかし、その後の性能検証において上述の補正アルゴリズムでは性能が不十分であることが明らかとなった。そして、レーザー光を用いた実験システムを利用することにより、補正アルゴリズムを定式化する際の条件設定が、上述の実験系や解析系と異なっていたことが原因であることがわかった。これは、実験系および解析系に若干の変更を加えることで修正可能であり、修正により本年度考案した補正アルゴリズムの適用が可能になると期待される。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画では、平成27年度には補正アルゴリズムを完成させ、複雑な被写体への適用を試みることを計画していたが、上述の通り実験データの取得条件と補正アルゴリズムの前提条件に整合性がとれていなかったためその段階に至っておらず、「やや遅れている」と評価した。
ただし、レーザー光を用いた実験系が完成し、その実験データに基づき補正アルゴリズムの定式化が正しいことを実証することができた。また、実験データに対して補正アルゴリズムが有効に機能しない原因を明らかとすることができた。これらのことは、本研究で構築するシステムの有用性をすでに検証できていることを示しており、最終年度となる平成28年度には上記の問題を解決して、本研究の当初目標をクリアできると考えている。

Strategy for Future Research Activity

はじめに、実験システムで得られる計測データに対して補正アルゴリズムを適用し、その補正効果の確認を行う。このことについては、実験系・解析系ともにすでに取り組みを進めている。
次に、複雑系を増した被写体へ提案手法を適用し、提案手法の性能向上を行う。性能向上の手段として、被写体周囲から徐々に内部情報の定量化を行う、本補正アルゴリズムを逐次近似的に適用する計算手法を用いる。
最後に、生体組織への適用を試みる。これまで円柱レンズに基づく検討を行っていることから、まずは試験管内の被写体を対象とし、その後、大気環境下での撮影および断層画像再構成を試みる。

Causes of Carryover

本年度、レーザー光を用いた光学実験系および計測高速化のための高速度カメラシステムを導入したが、当初予定よりも安価に購入できたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

未使用額は、H28年度請求額と合わせて実験に用いる試験片の作成などの消耗品に使用する。