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中赤外光を用いた光超音波ハイパースペクトラルイメージング

研究課題

研究課題/領域番号 22K18785
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

松浦 祐司  東北大学, 医工学研究科, 教授 (10241530)

研究分担者 木野 彩子  東北大学, 医工学研究科, 学術研究員 (30536082)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワード光音響分光法 / 中赤外光 / スペクトラルイメージング / 光超音波 / 中赤外光イメージング / 赤外分光法 / 生体分光分析
研究開始時の研究の概要

本研究では,中赤外光を光源とした場合の,超音波発生メカニズムを明らかにするとともに,パルス幅,繰り返し周波数,および照射光強度などについて,最適な条件を探索する.そして,その条件下でまずは固定点における生体組織サンプルの赤外分光スペクトルを取得し,組織を構成する分子の分析が可能であることを示す.その後は,照射光を二次元的に走査してハイパースペクトル画像の取得を試みる.具体的な実施項目は次の4点である.
1)生体組織の分光スペクトル分析法の確立,2)QCL変調周波数およびパルス幅の最適化,3)固定点測定による生体成分分析,4)二次元イメージング装置の構築と生体ファントム測定

研究成果の概要

パルス変調した中赤外光を生体組織に照射した際に,組織内部で発生する超音波を検出することにより,生体分子の成分イメージングを行うことを目的とした.まず牛肉片を試料とし,筋肉と脂肪成分に応じた画像の取得に成功した.次に脳腫瘍などのマーカ―とされる2HGに着目し,2HGを添加したブタ脳のイメージングを行ったが,現状では判別可能な濃度は5%程度と通常の脳内濃度の10倍以上の値となっており,今後はさらなる感度向上が必要とされる.

研究成果の学術的意義や社会的意義

近赤外レーザを用いて行われている光音響イメージングを中赤外レーザを用いて行うには高価かつ大型のレーザを必要とするが,本研究の手法ではQCLを用いることにより小型かつ安価なシステムを構成でき,非接触での腫瘍イメージングなどへの応用が期待できる.また中赤外レーザパルス光照射により生成される超音波発生メカニズム自体が未解明な点が多いうえ,それを生体組織分光に応用しようとする報告はこれまでなく,学術的な意義も高い.

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Distinguishing IDH mutation status in gliomas using FTIR-ATR spectra of peripheral blood plasma indicating clear traces of protein amyloid aggregation2024

    • 著者名/発表者名
      Kino Saiko、Kanamori Masayuki、Shimoda Yoshiteru、Niizuma Kuniyasu、Endo Hidenori、Matsuura Yuji
    • 雑誌名

      BMC Cancer

      巻: 24 号: 1

    • DOI

      10.1186/s12885-024-11970-y

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mid-infrared photoacoustic spectroscopy using a quantum cascade laser for non-invasive blood component analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Maeno Masanobu、Kino Saiko、Matsuura Yuji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 7 ページ: 072001-072001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ace0a8

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mid-infrared photoacoustic spectroscopy based on ultrasound detection for blood component analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Ryota Sasaki, Saiko Kino, Yuji Matsuura
    • 雑誌名

      Biomedical Optics Express

      巻: 14 号: 7 ページ: 3841-3852

    • DOI

      10.1364/boe.494615

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 赤外分光法による無侵襲血中脂質分析2022

    • 著者名/発表者名
      木野彩子, 松浦祐司
    • 雑誌名

      Medical Science Digest

      巻: 48 ページ: 52-53

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Healthcare-monitoring systems using mid-infrared light2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsuura
    • 雑誌名

      Photonics Review

      巻: 2022 号: 0 ページ: n/a

    • DOI

      10.11470/photo.220203

    • ISSN
      2758-0059
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Healthcare monitoring systems using mid-infrared and deep ultraviolet spectroscopy2024

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsuura
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子カスケードレーザーを用いた中赤外領域における生体光音響イメージング2024

    • 著者名/発表者名
      田中望実, 木野彩子, 松浦祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 血漿ATRスペクトルの部分最小二乗判別分析による脳腫瘍判別の試み2024

    • 著者名/発表者名
      保坂春樹, 木野彩子, 金森政之, 松浦祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 超音波検出型中赤外光音響分光法による血中成分分析2024

    • 著者名/発表者名
      相場希衣子, 木野彩子, 松浦祐司
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 中赤外光音響分光法による脳腫瘍バイオマーカーイメージングの試み2024

    • 著者名/発表者名
      田中望実, 木野彩子, 松浦祐司
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mid-infrared photoacoustic spectral imaging based on ultrasound detection2023

    • 著者名/発表者名
      N.Tanaka, R.Sasaki, S.Kino, Y. Matsuura
    • 学会等名
      Biomedical Imaging and Optical Sensing Conference (BISC) 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mid-infrared Photothermal Deflection Spectroscopy System for Non-Invasive Blood Component Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      H.Ito, S. Kino, Y. Matsuura
    • 学会等名
      iomedical Imaging and Optical Sensing Conference (BISC) 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 中赤外光音響分光法によるスペクトルイメージングー脳腫瘍バイオマーカー検出の試み―2023

    • 著者名/発表者名
      田中望実, 木野彩子, 松浦祐司
    • 学会等名
      2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Mid-infrared photoacoustic spectroscopy using piezoelectric transducer2023

    • 著者名/発表者名
      R. Sasaki, S. Kino, Y. Matsuura
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超音波検出に基づく中赤外光音響分光法を用いたハイパースペクトルイメージングの試み2023

    • 著者名/発表者名
      田中望実, 木野彩子, 松浦祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 中赤外光超音波分光法によるヒト生体試料の測定の試み2023

    • 著者名/発表者名
      佐々木亮太, 木野彩子, 松浦祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Biological Tissue Analysis by Mid-infrared Photoacoustic Spectroscopy Using Piezoelectric Transducer2022

    • 著者名/発表者名
      R. Sasaki, S. Kino, Y. Matsuura
    • 学会等名
      CLEO/Pacific Rim '22
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 中赤外光超音波 分光法による生体分析における感度向上の検討2022

    • 著者名/発表者名
      佐々木亮太, 木野彩子, 松浦祐司
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 超音波トランスデューサを用いた光音響分光法による生体成分イメージングの試み2022

    • 著者名/発表者名
      田中望実, 松浦祐司
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-07-05   更新日: 2025-01-30  

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