| 研究領域 | 散乱・揺らぎ場の包括的理解と透視の科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05886
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
的場 修 神戸大学, 先端融合研究環, 教授 (20282593)
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| 研究分担者 |
上野原 努 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10868920)
小倉 裕介 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (20346191)
全 香玉 神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (40814778)
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| キーワード | マルチモーダルイメージング / 散乱光イメージング / 強度輸送方程式 / 蛍光ディジタルホログラフィ / シングルピクセルイメージング |
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| 研究実績の概要 |
散乱透視基盤技術は，散乱光の観察系と生体内部への照明系の２つから構成される。観察系に関しては，強度輸送方程式ベースの３次元蛍光イメージングシステムを構築した。可変焦点レンズを導入することで，機械的移動部がなく，蛍光ビーズを複数層重ねた試料において0.8 mmの範囲で試料の奥行き位置を変化させることに成功した。散乱揺らぎの影響を克服した生体の深部計測を行うために，細胞活動における時間的蛍光信号をモデルとした新たな３次元蛍光イメージング方法を提案した。シミュレーションによる提案手法の有効性を確認し，散乱を通過した光源の３次元位置の特定に成功した。散乱体のシングルピクセルイメージングを行うために，空間光変調素子を導入して強度が一様で位相のみが照明領域で変化しているパターンの生成を行った。これにより強度変化がなく位相変化のみを与えるような散乱体すなわち位相物体のシングルピクセルイメージングに取り組んだ。基本的な原理検証のために，マッハツェンダー干渉計を構築し，少ないピクセル数(解像度)で実験を行い，位相物体のシングルピクセルイメージングが可能であることを明らかにした。照明系に関しては，高い開口数の顕微鏡対物レンズを用いてサブ回折限界光パターンを生成することを想定し，偏光を考慮したベクトル回折理論による光波場解析を行った。その結果，計算機合成ホログラムに入射する偏光に依存した生成パターンの変化などの特性が明らかとなった。また，散乱体構造の特定に有用な，個別に制御・識別が可能なガイド星の一つの機能として，発光スペクトルによる信号の光符号化を検討し，蛍光分子間の蛍光共鳴エネルギー移動により様々な符号化信号が得られることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度の研究計画では，散乱光の観察技術と生体内部への照明技術の２つから構成される。散乱光の観察技術では、強度輸送方程式ベースの３次元蛍光イメージングシステムにおいて深部範囲を拡張することに成功した。また、シングルピクセルイメージングでは強度変化がなく位相変化のみを与えるような散乱体に適用可能な位相物体のシングルピクセルイメージングに取り組んだ。これら複数の計測技術の一体化に向けて研究を進めている。照明技術では各種イメージング用の照明として高い開口数の顕微鏡対物レンズを用いたサブ回折限界光パターンの生成に向けて，偏光を考慮したベクトル回折理論による光波場解析を実施した。また，散乱情報取得のためにガイド星として蛍光分子間の蛍光共鳴エネルギー移動により様々な符号化信号について検討を開始した。シングルピクセルイメージングを中心に計画研究内での共同研究についても議論して進めている。また学術論文の出版や学会発表等も実施している。これらの成果から「おおむね順調である」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
散乱光の観察技術では，強度輸送方程式ベースの３次元蛍光イメージングシステム，ディジタルホログラフィー，シングルピクセルイメージングについて散乱光計測とイメージングについて進める。それぞれの利点を生かし，一体化システム化についても検討を進める。シングルピクセルイメージングを中心に，深層学習を活用し，少ない計測回数での再構成画像の画質や分解能向上を図る。散乱体に対する照明技術では，引き続きサブ回折限界パターンの設計を進め，奥行き方向の拘束条件を追加し３次元光パターン生成とする。また，パターン照明と計算イメージングを組み合わせた広視野イメージングについて検討を開始する。マルチスケールの生体サンプルの開発にも着手する。これらの研究を連携させて，散乱体からの多角的センシング技術の確立を目指す。
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