多波長・短パルス光による生体断層撮影手法の開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08458281
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 清水 孝一 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30125322)
• 研究分担者: 福島 菊郎 北海道大学, 医学部, 教授 (70091486) ; 工藤 信樹 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30271638) ; 加藤 祐次 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50261582) ; 山本 克之 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10088867)
• キーワード: 光応用計測 / 断層イメージング / 短パルス光 / 分光計測 / 光CT / 散乱 / 生体計測 / 医用画像

研究概要

光による生体内機能の透視および光CTの実現をめざし、多波長・短パルス光技術を用いたイメージング技術の開発に関する基礎的研究を行った。その結果、以下の成果が得られた。
1.近赤外領域の多波長光源を用いて生体透視を行うことにより、体内機能情報をイメージングできることを示した。
2.本原理に基づく生体透視イメージングシステムを開発した。本システムにより小型実験動物の脳機能のイメージングを試みた。その結果、体性感覚刺激により大脳体性感覚野に局在した血流変化を描出することに成功した。この結果は、生体透視による脳機能イメージングの可能性を実証した世界初の結果と考えられる。
3.生体断層イメージングシステムを開発し、本原理により体内機能をCT像中に描出することを試みた。その結果、マウス腹部の局所的血流変化に伴う体内臓器(腎臓)の酸素化状態変化をCT像中にイメージングすることができた。
4.フェムト秒レーザとストリークカメラを中心とする短パルス光実験装置を構築し、散乱体を透過したインパルス光の時間分解解析を可能とした。
5.後方散乱光の時間分解波形を用いた断層像再構成手法を、新たに開発した。シミュレーションとファントム実験を通し、本手法の有効性を実証した。
6.短パルス光の時間分解解析により、透過光中の散乱成分を調べ、入射光軸に沿って伝搬する近軸散乱光(snake photon)の挙動や特性を明らかにした。この結果より、従来のtime-gating法を越える散乱抑制法の可能性が見出された。

研究成果

• [文献書誌] Y.Onodera, Y.Kato and K.Shimizu: "Suppression of scattering effect using spatially dependent point spread function" OSA Tops. (in press).
• [文献書誌] A.Awata, Y.Kato and K.Shimizu: "Imaging of absorption distribution in diffuse medium using backscattered light" OSA Tops. (in press).
• [文献書誌] K.Sakatani, M.K.Jibu, Y.Taka, et al.: "Noninvasive optical imaging of the subarachnoid space and cerebro-spinal fluid pathways based on near-infrared fluorescene" Journal of Neurosurgery. 87・5. 738-745 (1997)
• [文献書誌] 小野寺陽一, 他: "点拡がり関数を用いた光CT画像における散乱効果の抑制" 医用電子と生体工学. 35・4. 400-406 (1997)
• [文献書誌] Y.Taka, K.Shimizu and K.Yamamoto: "Functional imaging of animal body by laser transillumination" Technical Digest of CLEO. 278-279 (1997)
• [文献書誌] 清水孝一: "光による生体透視イメージング" Optronics. 16・188. 116-122 (1997)
• [文献書誌] 清水孝一: "光透視と光CT" Clinical Engineering. 7・2. 125-128 (1996)
• [文献書誌] 清水孝一: "光による体内機能のイメージング" 検査と技術. 24・3. 235-237 (1996)
• [文献書誌] K.Shimizu, et al.: "Imaging of physiological functions by laser transillumination" OSA TOPS. 2. 348-352 (1996)
• [文献書誌] M.Kitama, et al.: "CT imaging of biological body with CW laser light" OSA TOPS. 2. 353-356 (1996)
• [文献書誌] 清水孝一 他: "光による生体透視イメージング" レーザー学会研究会報告. RTM96-19. 37-42 (1996)
• [文献書誌] K.Shimizu, et al.: "Reconstruction of cross-sectional image of diffuse medium using backscattered light" Proceedings of ISAP (invitod). 4. 1253-1256 (1996)
• [文献書誌] 清水孝一(分担執筆): "生体情報の可視化技術" コロナ社, 235 (1997)