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2015 年度 実績報告書

長波長帯波長可変超短パルスファイバレーザを用いた高侵達多機能生体イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 15J04531
研究機関名古屋大学

研究代表者

川越 寛之  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
キーワード光コヒーレンストモグラフィ(OCT) / 長波長帯OCT / スーパーコンティニューム(SC)光 / 高侵達生体イメージング
研究実績の概要

本研究では,長波長帯光コヒーレンストモグラフィ(OCT)と多光子顕微鏡技術を組み合わせた多機能イメージングシステムを開発し,高速・高分解能・高侵達な構造情報と組成情報の同時取得を実現する.開発した多機能イメージングシステムによって,3次元培養細胞や生体組織の生体機能の更なる解析が可能になると期待できる.
本年度は,高速・高分解能.高侵達な構造情報の取得を実現するため,これまでに開発した波長1.7um帯スーパーコンティニューム(SC)光と新たに開発した高速InGaAsラインスキャンカメラを搭載した広帯域分光器を用いて,波長1.7um帯超高分解能周波数領域OCT(SD-OCT)システムの開発に取り組んだ.超広帯域な光源および検出器を用いることで,生体中で約3umの超高分解能性を実現し,超高分解能な断層像のビデオレートでの取得を実現した.さらに,開発したOCTシステムにフルレンジ法を適用することで,超高分解能性に加えて,約1.6mmの広イメージングレンジを同時に実現した.開発したOCTシステムを用いて,ホルマリン固定されたラット脳の表面から約1.5mm深部にある海馬組織の高分解能かつ高侵達イメージングを実現した.
また,高繰り返し超短パルスファイバレーザと高速波長可変ソリトンパルス技術を組み合わせ,波長1.7um帯高出力擬似SC光源を開発した.繰り返し周波数を100MHzに向上させたことによって,平均出力100mWの高出力波長可変ソリトンパルスを生成できた.ソリトンパルスの中心波長は1.6-1.9umの間で可変で,パルス幅約250fsの超短パルスを取得した.開発した波長1.7um帯高出力波長可変ソリトンパルスと蛍光色素溶液を用いて,多光子蛍光の発光を確認した.開発した波長ソリトンパルスの高出力性と超短パルス性によって,非線形光学応答である2光子蛍光を高効率に発生させることができた.

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

本年度は,高速・高分解能・高侵達な構造情報の取得に必要である波長1.7um帯超高分解能周波数領域OCT(SD-OCT)システムの開発に取り組み,超高分解能(生体中で約3um)かつ高侵達(約1.6mmのイメージングレンジ)なOCT断層像のビデオレートでの取得を実現した.
また,高繰り返し超短パルスレーザと高速波長可変ソリトンパルス技術を組み合わせた,波長1.7um帯高出力擬似SC光源を開発し,高出力(100mW)かつ超短パルス性(約250fs)を有する波長可変ソリトンパルスを生成することに成功した.さらに,この波長1.7um帯高出力擬似SC光源を用いて,多光子蛍光の発光を確認できた.この波長1.7um帯高出力擬似SC光源を用いることで,多光子蛍光イメージングによる高分解能かつ高侵達な組成情報の取得が期待できる.
以上のように,当初の研究計画に沿って研究を進めることができた.

今後の研究の推進方策

本年度に開発した,波長1.7um帯超高分解能SD-OCTシステムに高NA対物レンズを組み合わせ,波長1.7um帯超高分解能周波数領域光断層顕微鏡(SD-OCM)システムを開発し,高速・高分解能・高侵達な構造情報のイメージングを実現する.
また,本年度に開発した,波長1.7um帯高出力擬似SC光源を用いて,高分解能かつ高侵達な多光子蛍光イメージングによる組成情報の取得を行う.
さらに,開発したSD-OCMシステムと波長1.7um帯高出力擬似SC光源を組み合わせ,高速・高分解能・高侵達な構造情報と組成情報の同時取得可能な多機能イメージングシステムの開発を行う.
開発した多機能イメージングシステムを用いて,3次元培養細胞や生体組織の高速・高分解能・高侵達イメージングを実現する.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] High-power supercontinuum generation using high-repetition-rate ultrashort-pulse fiber laser for ultrahigh-resolution optical coherence tomography in 1600 nm spectral band2016

    • 著者名/発表者名
      M. Yamanaka, H. Kawagoe, and N. Nishizawa
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 ページ: 022701

    • DOI

      10.7567/APEX.9.022701

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of Wideband Fiber Laser Sources for Ultrahigh-Resolution Optical Coherence Tomography2015

    • 著者名/発表者名
      N. Nishizawa, H. Kawagoe, M. Yamanaka, and S. Ishida
    • 雑誌名

      The Review of Laser Engineering

      巻: 43 ページ: 521-525

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-speed ultrahigh-resolution spectral domain optical coherence tomography using high-power supercontinuum at 0.8 μm wavelength2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Hattori, H. Kawagoe, Y. Ando, M. Yamanaka, and N. Nishizawa
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 8 ページ: 082501

    • DOI

      10.7567/APEX.8.082501

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 波長1.7 um帯超高分解能フルレンジスペクトルドメインOCT2016

    • 著者名/発表者名
      川越 寛之,山中 真仁,巻田 修一,安野 嘉晃,西澤 典彦
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Wavelength dependence of penetration depth of OCT imaging for water-rich and highly scattering samples in 0.8-1.9 um wavelength region2016

    • 著者名/発表者名
      H. Kawagoe, M. Yamanaka, and N. Nishizawa
    • 学会等名
      BiOS (SPIE Photonics West)
    • 発表場所
      サンフランシスコ,アメリカ
    • 年月日
      2016-02-13 – 2016-02-18
    • 国際学会
  • [学会発表] 波長1.7 um帯超高分解能スペクトルドメイン光コヒーレンストモグラフィ2015

    • 著者名/発表者名
      川越 寛之,山中 真仁,西澤 典彦
    • 学会等名
      OPJ2015
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-10-28 – 2015-10-30
  • [学会発表] Development of ultrahigh-resolution spectral-domain OCT system using supercontinuum source in 1.7 um wavelength region2015

    • 著者名/発表者名
      H. Kawagoe, M. Yamanaka, and N. Nishizawa
    • 学会等名
      CLEO/Europe-EQEC 2015
    • 発表場所
      ミュンヘン,ドイツ
    • 年月日
      2015-06-21 – 2015-06-25
    • 国際学会

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公開日: 2016-12-27  

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