微細構造を有する生体組織内のふく射輸送現象の解明に基づいた光学特性値の高精度計測

• 研究課題/領域番号: 15K17980
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 藤井 宏之 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00632580)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 生体内光伝搬 / ふく射輸送方程式 / 光学特性値 / 生体光イメージング / 微細構造

研究成果の概要

本研究課題では，ふく射輸送方程式に基づいて，微細構造を有する生体組織内の光伝搬を明らかにした上で，in-vivoにおける生体組織の光学特性値を高精度に算出する逆解析アルゴリズムを開発することを目指した．
主な成果としては，生体のような強い異方性散乱媒体に対して，高速かつ高精度のふく射輸送方程式の数値計算手法を開発し，弾道光から拡散光へと遷移する長さと時間を光学特性値の関数として提示したこと，逆解析アルゴリズムを構築し，農産物や食品の光学特性値をin-vivo及びex-vivoで算出，構造特性との関係性を明らかにしたことである．

研究成果

• [雑誌論文] Light propagation model of titanium dioxide suspensions in water using the radiative transfer equation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Yamada Y, Hoshi Y, Okawa S, Kobayashi K, Watanabe M.
  • 雑誌名: React Kinet Mech Cat 巻: 123 号: 2 ページ: 439-453
  • DOI: 10.1007/s11144-017-1328-2
  • NAID: 120006600941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling of light propagation in the human neck for diagnoses of thyroid cancers by diffuse optical tomography (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujii Hiroyuki、Yamada Yukio、Kobayashi Kazumichi、Watanabe Masao、Hoshi Yoko
  • 雑誌名: International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering 巻: 33 号: 5 ページ: 591-604
  • DOI: 10.1002/cnm.2826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Renormalization of the highly forward-peaked phase function using the double exponential formula for radiative transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii, H., Okawa, S., Yamada, Y., Hoshi, Y., Watanabe, M.
  • 雑誌名: Journal of Mathematical Chemistry 巻: 54 号: 10 ページ: 2048-2061
  • DOI: 10.1007/s10910-016-0670-3
  • NAID: 120006360048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical study of photon migration in the presence of a void region using the radiative transfer and diffusion equations (2016)
  • 著者名/発表者名: Erina Miyakawa, Hiroyuki Fujii, Kiyohito Hattori, Yuki Tatekura, Kazumichi Kobayashi and Masao Watanabe
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings (ICCMSE2016) 巻: 1790 ページ: 0500031-4
  • DOI: 10.1063/1.4968672
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Normalization method of highly forward-peaked scattering phase function using the double exponential formula for radiative transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Fujii, Shinpei Okawa, Yukio Yamada, Yoko Hoshi, and Masao Watanabe
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings (ICCMSE2016) 巻: 1790 ページ: 0500021-4
  • DOI: 10.1063/1.4968671
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Modeling of Photon Migration in Human Neck Based on the Radiative Transport Equation (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Fujii, Shinpei Okawa, Ken Nadamoto, Eiji Okada, Yukio Yamada, Yoko Hoshi, and Masao Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Applied Nonlinear Dynamics 巻: 5 号: 1 ページ: 117-125
  • DOI: 10.5890/jand.2016.03.009
  • NAID: 120005725146
  • 査読あり
• [雑誌論文] 拡散光トモグラフィ－：現状と展望 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星 詳子，藤井 宏之，橋本 康
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 44 ページ: 230-234
  • NAID: 130007957202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical study of light propagation in agricultural products for non-destructive assessment of food quality (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiyohito Hattori, Hiroyuki Fujii, Yuki Tatekura, Kazumichi Kobayashi, and Masao Watanabe
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE for Biophotonics Japan 2015 巻: 9792 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1117/12.2204799
  • 査読あり
• [雑誌論文] A coupling model of the radiative transport equation for calculating photon migration in biological tissue (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujii Hiroyuki, Shinpei Okawa, Yukio Yamada, Yoko Hoshi, and Masao Watanabe
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE for Biophotonics Japan 2015 巻: 9792 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1117/12.2203638
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 拡散光による甲状腺腫瘍診断のためのヒト頸部内 における光伝播の数値解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井宏之，山田幸生，星 詳子，小林一道，渡部正夫
  • 学会等名: 第33回近赤外フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Numerical Calculation of Time-Resolved Light Reflectance from Biological Tissue Using the Radiative Transfer Equation (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujii Hiroyuki、Yamada Yukio、Hoshi Yoko、Okawa Shinpei、Kobayashi Kazumichi、Watanabe Masao
  • 学会等名: Mathematics in (bio)Chemical Kinetics and Engineering (MaCKiE) 2017 conference
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical investigation of light and pressure propagation in biological tissue for model-based photoacoustic tomography (2017)
  • 著者名/発表者名: Tabayashi Kosuke、Fujii Hiroyuki、Kobayashi Kazumichi、Watanabe Masao
  • 学会等名: Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical solver of the 3D radiative transfer equation in turbid media with anisotropic scattering based on the discrete ordinates method (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Fujii
  • 学会等名: Inverse problems and medical imaging
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo
  • 国際学会
• [学会発表] Normalization method of highly forward-peaked scattering phase function using the double exponential formula for radiative transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Fujii, Shinpei Okawa, Ken Nadamoto, Eiji Okada, Yukio Yamada, Yoko Hoshi, and Masao Watanabe
  • 学会等名: ICCMSE 2016
  • 発表場所: メトロポリタンホテル（アテネ・ギリシャ）
  • 年月日: 2016-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical study of photon migration in the presence of a void region using the radiative transfer and diffusion equations (2016)
  • 著者名/発表者名: Erina Miyakawa, Hiroyuki Fujii, Kiyohito Hattori, Yuki Tatekura, Kazumichi Kobayashi and Masao Watanabe
  • 学会等名: ICCMSE 2016
  • 発表場所: メトロポリタンホテル（アテネ・ギリシャ）
  • 年月日: 2016-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] Quantitative Method to Determine the Optical Properties of Melons by the Photon Diffusion Equation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiyohito Hattori, Hiroyuki Fujii, Goro Nishimura, Kazumichi Kobayashi and Masao Watanabe
  • 学会等名: The 5th Asian NIR Symposium
  • 発表場所: Hotel Shiroyama, Kagoshima
  • 国際学会
• [学会発表] Optical properties of melons determined by an analysis based on the photon diffusion equation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiyohito Hattori, Hiroyuki Fujii, Goro Nishimura, Kazumichi Kobayashi and Masao Watanabe
  • 学会等名: 1st Food Chemistry Conference
  • 発表場所: NH Grand Hotel Krasnapolsky, Amsterdam
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical study of light propagation in agricultural products for non-destructive assessment of food quality (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiyohito Hattori, Hiroyuki Fujii, Yuki Tatekura, Kazumichi Kobayashi, and Masao Watanabe
  • 学会等名: Biophotonics Japan 2015
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-10-28
  • 国際学会
• [学会発表] A coupling model of the radiative transport equation for calculating photon migration in biological tissue (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujii Hiroyuki, Shinpei Okawa, Yukio Yamada, Yoko Hoshi, and Masao Watanabe
  • 学会等名: Biophotonics Japan 2015
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-10-27
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical analysis of photon migration in three-dimensional turbid media using the delta-Eddington approximation (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Fujii, Shinpei Okawa, Ken Nadamoto, Eiji Okada, Yukio Yamada, Yoko Hoshi, and Masao Watanabe
  • 学会等名: the 9th ICME International Conference on Complex Medical Engineering (CME 2015)
  • 発表場所: 岡山コンベンションセンター（岡山市）
  • 年月日: 2015-06-19
  • 国際学会
• [備考] Research map
  • URL: https://researchmap.jp/fujii-hr/
• [備考] 北海道大学大学院工学研究院熱流体物理学研究室HP
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/fluid/
• [備考] 北海道大学学術成果コレクション(HUSCAP)
  • URL: https://eprints.lib.hokudai.ac.jp/statistics/statslist.php?statsurl=0gf3a06zpv7h93c
• [備考] research map
  • URL: http://researchmap.jp/fujii-hr/
• [備考] えんじにあRing
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/engineering/2016-01/feature1601-03.html
• [備考] 所属研究室 HP
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/fluid/
• [備考] researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/fujii-hr/
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/fluid/
• [学会・シンポジウム開催] INTERNATIONAL CONFERENCE OF COMPUTATIONAL METHODS IN SCIENCES AND ENGINEERING 2016 (2016)
  • 発表場所: メトロポリタンホテル（アテネ・ギリシャ）
  • 年月日: 2016-03-17