| 研究課題/領域番号 |
16H03165
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
兵頭 政春 金沢大学, 機械工学系, 教授 (30359088)
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| 研究分担者 |
的場 修 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (20282593)
齋藤 伸吾 国立研究開発法人情報通信研究機構, その他部局等, 研究員 (80272532)
宮内 哲 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター企画室, 嘱託 (80190734)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 生体情報・計測 / 医用光学 / 生体活動計測 / 角度分解計測 |
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| 研究実績の概要 |
生体内部での散乱・吸収特性の変化と散乱光強度の角度分布の関係性を明らかにし，計測スキームの開発へとつなげるため，モンテカルロ法を用いた光子輸送シミュレーションプログラムを生体の生理学的特性を近似的に表現可能な5層構造モデルへと拡張し，光源直下の生体深部に吸収体が局在する場合の頭皮血流と脳血流の識別可能性を検討した．現状では限られた計算精度の範囲内で有意な識別が可能であるとの結論を得ているが，定量的な評価のためには計算精度の向上が急務であり，プログラムを高速化するためにGPUへの実装を進めている．
また，単一構造モデルにおいて検出器を異なる方向に向けた場合の空間感度分布を詳細に比較し，以下の知見を得た：
（１）検出器の深部かつ光源と対向する側において空間感度分布に顕著な差異が出現することを確認した．
（２）この空間感度分布の差異は実効的なSD間距離の違いだけでは説明できず，検出器直下に出現するダイポール状の感度領域対の存在を考慮して初めて説明できることを明らかにした．
一方，本研究で提案する計測スキームの有効性を定量的かつあいまいさなく実証するためには散乱光を広視野角で高効率かつ高い角度分解能で受光可能な光プローブの開発が必要である．本年度は高精度に光線追跡が可能なシミュレーションソフトを新たに導入し，レンズ2-3枚から構成される比較的単純な構造の光プローブを設計し性能評価を実施した．その結果，レンズ2枚構成では高屈折率レンズを用いた場合でも球面収差の影響が顕著となるが，3枚構成にすることで性能が劇的に改善し，所望の性能が得られる見通しを得た．
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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
多層構造散乱吸収モデルを用いたモンテカルロ型の光子輸送シミュレーションプログラムの開発が予定通りに進んでおり，生体深部に吸収体が局在化する場合の頭皮血流と脳血流の識別可能性に関する研究も着実に進展していることに加え，検出器直下に出現するダイポール状の感度分布と空間感度分布の差異の関連性を明らかにするなど，想定以上の成果も上がっている．また，光プローブの開発に向けた研究も順調に進展しており，比較的単純な光学系でも所望の性能が得られる見通しに至っている．以上の理由から，本研究課題は総合的に見て概ね順調に進展していると評価できる
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画の３年度目は、主に以下の研究課題を実施する．
前年度までに開発された多層構造散乱吸収モデルを用い，散乱光強度の角度分布のデータから頭皮血流と脳血流を識別するための原理を総括し，血流分離のための詳細な計測スキームの検討を開始する．また，頭皮血流や脳活動等の生理学的条件を考慮した高精度なファントムの設計を開始する．また，脳活動部位の計測精度に関する本研究の有効性をより実際の生体特性に近い条件で実証し，頭皮血流と脳血流の識別可能性を検証するため，多層構造を備えたシミュレーションプログラムを改良し，高い識別感度を有する生体深部に吸収体が局在するモデルに拡張する．さらに，計算速度を向上させるため，前年度に引き続き，シミュレーションプログラムのGPUへの実装に取り組む．また，吸収体部位の計測精度を向上させるため，上述のシミュレーションプログラムを最大限に活用し、生体深部の吸収体が散乱光強度の角度分布に与える影響を詳細に調べる．さらに，少数のプローブで吸収部位を特定するための独自のスキーム開発に向けた検討を開始するとともに，散乱光強度の角度分布の計測精度を明らかにし，光プローブの設計にフィードバックする．
さらに，計測スキームの有効性を定量的かつあいまいさなく実証するための実証実験を目指し，前年度に引き続き，散乱光強度の角度分布が計測可能な光プローブを設計開発する．多レンズ構成も検討しながら，従来にはない広視野・高検出効率のプローブの開発を目指す．
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