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生体内3次元構造全体のナノ振動計測を指向した光断層撮像システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H02151
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21030:計測工学関連
研究機関新潟大学

研究代表者

崔 森悦  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (60568418)

研究分担者 村松 正吾  新潟大学, 自然科学系, 教授 (30295472)
日比野 浩  大阪大学, 医学系研究科, 教授 (70314317)
任 書晃  岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (80644905)
田中 洋介  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20283343)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
キーワード光コム / 干渉計測 / 光コヒーレンストモグラフィ / スーパーコンティニウム光 / スーパーコンティニウム光源 / 振動計測 / 生体光計測 / 光コヒーレンストモグラフィー / 内耳感覚上皮帯 / 光周波数コム / 光計測 / スーパーコンティニウム / 生体計測
研究開始時の研究の概要

本研究では光コムを用いた新規イメージング装置を開発し、3次元ボリューム全体の断層構造と振動様態の同時計測を実現する。また、機械学習をベースとした新しい3次元信号復元とノイズ除去法を適用し測定領域全体の明瞭な3次元断層・振動分布を可視化する。さらに、医学系研究者らとの協働により、動物を用いたin-vivo計測を行う。振動機能の破綻に起因する病態を理解すると共に、疾患の治療に資する未来型の生体振動イメージング手法を創出する。

研究成果の概要

本研究では、生体内3次元構造全体のナノ振動計測を指向した光断層撮像システムの開発を目指し,
主に3段階の開発を進めた。先ず3次元の生体断層スキャンと共に振動分布を計測できるヘテロダインコヒーレンスマイクロスコープの原理の検証実験によってその有用性を示し、次にコム発生器を用いた装置を構築した。20MHzスキャンレートの超高速計測を実現することで深さ分布と共に振動様態の過渡的な計測が可能な手法を提案した。最後に同光源を干渉顕微鏡に適用し、数百μm~mmの深さ範囲で高精度な3次元計測が可能な装置を製作した。生体の3次元断層と振動の空間的分布を約1秒で計測・可視化可能な新手法の可能性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

メカノバイオロジー分野において、生体内振動現象を3次元的に捉え解析する手法や装置の開発が必須である。また、生体計測分野のみならず、広い範囲の高速なナノ振動の計測と可視化はMEMSや工業製品検査などの生産現場における品質管理等、多岐に渡って重要な課題である。本研究では、これらの社会的要望に対して、光コムを用いた新たな計測手法を提案し、3次元断層計測と振動計測を同時に可能とする装置の開発を進めた。これらの技術が今後社会インフラや工業生産分野、また生体計測分野へ及ぼす波及効果は大きい。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 5件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] External-cavity laser diode using acousto-optic deflector as tunable grating2022

    • 著者名/発表者名
      Suzuki T, Kaneko Y, Choi S, and Sasaki O.
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 47 号: 7 ページ: 1871-1874

    • DOI

      10.1364/ol.454021

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shape measurement of large thickness glass plates with a white-light scanning interferometer using a compensation glass and a fixed reference surface.2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang K, Choi S, Sasaki O, Luo S, Suzuki T, Liu Y and Pu J.
    • 雑誌名

      Engineering Research Express

      巻: 3 ページ: 025044-025044

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Large thickness measurement of glass plates with a spectrally resolved interferometer using variable signal positions.2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang K, Choi S, Sasaki O, Luo S, Suzuki T, Liu Y, and Pu J.
    • 雑誌名

      OSA continuum

      巻: 4 号: 6 ページ: 1792-1800

    • DOI

      10.1364/osac.417141

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rapid optical tomographic vibrometry using a swept multi-gigahertz comb2021

    • 著者名/発表者名
      Choi Samuel、Ota Takeru、Nin Fumiaki、Shioda Tatsutoshi、Suzuki Takamasa、Hibino Hiroshi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 号: 11 ページ: 16749-16749

    • DOI

      10.1364/oe.425972

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of phase refractive index directly from phase distributions detected with a spectrally resolved interferometer2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang K, Choi S, Sasaki O, Luo S, Suzuki T and Pu J.
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 60 号: 31 ページ: 10009-10015

    • DOI

      10.1364/ao.438267

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optical coherence tomography using nonstationary signal processing based on continuous wavelet transform2021

    • 著者名/発表者名
      Takamasa Suzuki, Jiro Shimazaki, Osami Sasaki, Samuel Choi
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 12057 ページ: 225-225

    • DOI

      10.1117/12.2606987

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Optimization of spectral-domain optical coherence tomography with a supercontinuum source for in vivo motion detection of low reflective outer hair cells in guinea pig cochleae2021

    • 著者名/発表者名
      Nin Fumiaki、Choi Samuel、Ota Takeru、Qi Zhang、Hibino Hiroshi
    • 雑誌名

      Optical Review

      巻: 28 号: 2 ページ: 239-254

    • DOI

      10.1007/s10043-021-00654-8

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 生体振動のen-face可視化:内耳感覚上皮帯の振動を見る光断層振動撮像顕微鏡2020

    • 著者名/発表者名
      崔 森悦、任 書晃、太田 岳、佐藤 洸平、村松 正吾、日比野 浩
    • 雑誌名

      光学

      巻: 49 ページ: 247-247

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Characterisation of the static offset in the travelling wave in the cochlear basal turn2020

    • 著者名/発表者名
      T. Ota, F. Nin, S. Choi, S. Muramatsu, S. Sawamura, G. Ogata, M. P. Sato, Kat. Doi, K. Doi, T. Tsuji, S. Kawano, T. Reichenbach, and H. Hibino
    • 雑誌名

      Pflugers Archiv - European Journal of Physiology

      巻: 472 号: 5 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1007/s00424-020-02373-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Signal correction by detection of scanning position in a white-light interferometer for exact surface profile measurement2019

    • 著者名/発表者名
      Luo S, Suzuki T, Sasaki O, Choi S, Chen Z, and Pu J.
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 58 号: 13 ページ: 3544-3588

    • DOI

      10.1364/ao.58.003548

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In vivo tomographic visualization of intracochlear vibration using a supercontinuum multifrequency-swept optical coherence microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Choi Samuel、Nin Fumiaki、Ota Takeru、Sato Kouhei、Muramatsu Shogo、Hibino Hiroshi
    • 雑誌名

      Biomedical Optics Express

      巻: 10 号: 7 ページ: 3317-3317

    • DOI

      10.1364/boe.10.003317

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vibration distribution measurement using downsampling phase-shifting interferometer2019

    • 著者名/発表者名
      Ohara Y, Suzuki T, Choi S, Sasaki O.
    • 雑誌名

      Optics Engineering

      巻: 59 号: 03 ページ: 034112-034112

    • DOI

      10.1117/1.oe.59.3.034112

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Acceleration of PDS-Based High-Dimensional Signal Restoration2021

    • 著者名/発表者名
      Gai YAMAMOTO, Yuya KODAMA, Shogo MURAMATSU, Samuel CHOI, Gwanggil JE
    • 学会等名
      APSIPA Annual Summit and Conference
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical coherence tomography using nonstationary signal processing based on continuous wavelet transform2021

    • 著者名/発表者名
      Takamasa Suzuki, Jiro Shimazaki, Osami Sasaki, Samuel Choi
    • 学会等名
      Twelfth International Conference on Information Optics and Photonics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低コヒーレンス・ヘテロダイン干渉顕微鏡を用いた3次元断層振動計測2021

    • 著者名/発表者名
      吉水 海斗、大田 岳、任 書晃、日比野 浩、鈴木 孝昌、崔 森悦
    • 学会等名
      Optics Photonics Japan2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光コムを用いた位相変調干渉顕微鏡によるフルフィールド断層計測2021

    • 著者名/発表者名
      山崎 拓朗、崔 森悦、吉水 海斗、鈴木 孝昌、塩田 達俊、日比野 浩
    • 学会等名
      Optics Photonics Japan2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 広帯域GHz光コムを用いた高速断層振動計測2021

    • 著者名/発表者名
      崔 森悦、大田 岳、日比野 浩、鈴木 孝昌、塩田 達俊
    • 学会等名
      Optics Photonics Japan2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 多波長走査型OCMの広視野一括振動計測の性能評価と測定感度の向上2020

    • 著者名/発表者名
      吉水 海斗,崔 森悦,太田 岳,任 書晃,日比野 浩
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 周波数間隔可変広帯域光コムを用いた高速干渉計測法2020

    • 著者名/発表者名
      崔 森悦, 大和田 悠斗, 鈴木 孝昌,田中 洋介,日比野 浩
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高速度カメラを用いたフルフィールドOCT顕微鏡と内耳振動可視化2020

    • 著者名/発表者名
      崔 森悦,村松正吾,任 書晃,太田 岳,日比野 浩
    • 学会等名
      情報センシング研究会(IST)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体からインフラ分野まで応用できる非接触・形状・断層・振動計測技術2020

    • 著者名/発表者名
      崔森悦
    • 学会等名
      新潟大学新技術説明会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 内耳感覚上皮ナノ振動の計測とその制御機構の解析2020

    • 著者名/発表者名
      太田 岳、任 書晃、崔 森悦、日比野 浩
    • 学会等名
      2020(令和2)年度生理研研究会 生体コモンスペース研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] In-vivo tomographic visualization of intracochlear vibration using supercontinuum multifrequency-swept optical coherence microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Choi S, Nin F, Ota T, and Hibino H
    • 学会等名
      OPIC2019 The 8th Advanced Laser and Photon Sources
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 3次元非分離冗長重複変換によるOCTボリュームデータ復元2019

    • 著者名/発表者名
      吉田祐太,藤井元暉,村松正吾,崔森悦,小野峻佑,太田岳,任書晃,日比野浩
    • 学会等名
      電子情報通信学会信号処理研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Intracochlear vibration measurement using supercontinuum multifrequency-swept optical coherence microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Choi S, Nin F, Ota T, Sato K, and Hibino H
    • 学会等名
      Optical Design and Fabrication 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 改良型イメージング振動計測装置による内耳感覚上皮帯のナノ振動の深度分布2019

    • 著者名/発表者名
      任書晃, 太田岳, 崔森悦, 日比野浩
    • 学会等名
      生体コモンスペース研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 音に呼応する内耳感覚上皮帯の非典型な動きとその分析2019

    • 著者名/発表者名
      太田岳, 任書晃, 崔森悦, 日比野浩
    • 学会等名
      NEURO2019(第42回日本神経科学大会、第62回日本神経化学学会大会)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Volumetric data restoration of inner ear sensory epithelia based on sparse modeling with multifrequency swept optical coherence microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Choi S, Muramatsu S, Ota T, Nin F, Suzuki T, Hibino H
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 改良型光学振動計による内耳ナノ振動の解析2019

    • 著者名/発表者名
      日比野浩, 太田岳, 崔森悦, 任書晃
    • 学会等名
      シンポジウム「メカノバイオロジー研究の新展開-“力”による生命現象制御の理解深化に向けて-」:第92回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 内耳感覚上皮帯を構成する外有毛細胞のナノ振動動態の同定2019

    • 著者名/発表者名
      任書晃, 太田岳, 崔森悦, 日比野浩
    • 学会等名
      生理学研究所研究会「シグナル動態の可視化と操作に基づく多階層機能解析の新展開」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 内耳の感覚上皮帯を構成する有毛細胞のナノ動態の同定,2019

    • 著者名/発表者名
      任書晃, 太田岳, 崔森悦, 日比野浩
    • 学会等名
      日本薬理学会北部会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 3D thickness measurement using pulse-driven optical coherence tomography based on wavelet transform2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki T, Liu B, Choi S
    • 学会等名
      SPIE Applied Optical Metrology III
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] OCT Volumetric Data Restoration with Latent Distribution of Refractive Index2019

    • 著者名/発表者名
      Fujii G, Yoshida Y, Muramatsu S, Ono S, Choi S, Ota T, Nin F, Hibino H
    • 学会等名
      2019 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 内耳の感覚上皮帯を構成する外有毛細胞のナノ動態の同定2019

    • 著者名/発表者名
      任書晃, 太田岳, 崔森悦, 日比野浩
    • 学会等名
      中部日本生理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] En-face multifrequency-swept optical coherence microscope for in vivo intracochlear vibration visualization2019

    • 著者名/発表者名
      Choi S, Ota T, Nin F, Muramatsu S, and Hibino H
    • 学会等名
      ISOM’19
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In vivo nano-scale vibrometry in apical-basal ends of contractile outer hair cells in the mammalian cochlea by supercontinuum source spectraldomain OCT2019

    • 著者名/発表者名
      Nin F, Ota T, Choi S, Hibino H
    • 学会等名
      Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XVII, SPIE Photonic West
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multifrequency-swept optical coherence microscopy for full-field in-vivo intracochlear vibration measurement2019

    • 著者名/発表者名
      Choi S, Nin F, Ota T, Hibino H
    • 学会等名
      Optical Coherence Tomography and Coherence Domain Optical Methods in Biomedicine XXIV, SPIE Photonics West
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高解像光コヒーレンストモグラフィを用いた蝸牛有毛細胞のナノ振動動態計測2019

    • 著者名/発表者名
      任書晃, 崔森悦, 太田岳, 日比野浩
    • 学会等名
      第97回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 月刊JETI 6月号2021

    • 著者名/発表者名
      崔森悦、日比野浩
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      生体からインフラ分野まで応用できる非接触・形状・断層・振動計測技術
    • ISBN
      9784902769777
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 測定システムおよび測定方法2021

    • 発明者名
      崔森悦
    • 権利者名
      国立大学法人新潟大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-200889
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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