生体の機械・偏光・血流特性の同時計測を可能とする光コヒーレンス顕微鏡の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01893
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 安野 嘉晃 筑波大学, 医学医療系, 教授 (10344871)
• 研究分担者: 三浦 雅博 東京医科大学, 医学部, 教授 (60199958) ; 大鹿 哲郎 筑波大学, 医学医療系, 教授 (90194133) ; 上野 勇太 筑波大学, 医学医療系, 講師 (90759317)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 光コヒーレンストモグラフィー / 代謝イメージング / 偏光イメージング / 腫瘍スフェロイド

研究実績の概要

昨年度に引き続き、波長1.3-um 帯域のプローブ光の swept-source optical coherence tomography (SS-OCT)原理にも基づいたJones matrix OCT のハードウェア改良を行った。これにより横方向分解7 um を実現した。
さらに、このJones matrix OCTを基盤として次の計測機能を実現した。
Holographic refocusing: forward model に基づいた holographic refocusing 機能を実装した。これにより試料のほぼすべての深さ領域で回折限界に近い分解能が得られることを確認した。さらに、この機能を偏光計測と併用することにより、defocus によって発生する偏光アーチファクトが抑えられることが確認された。このことは、米光工学会(SPIE) Photonics West にて発表された。
Dynamics imaging: 昨年度に実装した dynamics imaging の特性の詳細な解析を行った。従来、試料上の一か所で350枚の断層画像を計測する必要があった。しかし、この特性解析により、16枚程度の画像でも、最初から最後の断層画像取得までに十分な時間があれば（典型的には3秒程度）十分な画質の dynamics image が取得できることがわかった。
この特性を活かし、短時間で3次元の dynamics imaging volume を取得するための光走査プロトコルを設計した。このプロトコルにより、初期的なものではあるが、ヒト腫瘍スフェロイドの3次元ダイナミクスの画像化に成功した。
更に、同様のプロトコルを用いて ex vivo マウス肝臓のdynamics 画像化を行った。この研究により、門脈株では切除後10時間程度たっても活発な活動性が観察されることがわかった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] National Taiwan University/Chang Gung University(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Taiwan University/Chang Gung University
• [国際共同研究] University of British Columbia/Simon Fraseser University(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: University of British Columbia/Simon Fraseser University
• [雑誌論文] Effect of A-scan rate and interscan interval on optical coherence angiography (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Ting-Hao、Wu Yi-Chun、Tsai Ting-Yen、Chueh Chuan-Bor、Huang Bo-Huei、Huang Yin-Peng、Tsai Meng-Tsan、Yasuno Yoshiaki、Lee Hsiang-Chieh
  • 雑誌名: Biomedical Optics Express 巻: 12 ページ: 722-722
  • DOI: 10.1364/BOE.409636
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] OCT based cross-sectional and three-dimensional dynamics imaging for visualization and quantification of tumor spheroid activity (2021)
  • 著者名/発表者名: Abd El-Sadek Ibrahim、Miyazawa Arata、Shen Larina、Makita Shuichi、Mukherjee Pradipta、Matsusaka Satoshi、Yasuno Yoshiaki
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 11630 ページ: 116301E
  • DOI: 10.1117/12.2577977
• [雑誌論文] Volumetric multi-contrast dynamics imaging for ex vivo liver microvasculature activity visualization using Jones matrix optical coherence tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Mukherjee Pradipta、Miyazawa Arata、Shen Larina、Fukuda Shinichi、Yamashita Toshiharu、Oka Y.、Abd El-Sadek Ibrahim、Makita Shuichi、Oshika Tetsuro、Kano H.、Yasuno Yoshiaki
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 11630 ページ: 116301Q
  • DOI: 10.1117/12.2577994
• [雑誌論文] Sample and system parameter estimation from local speckle pattern by fully numerically trained deep convolution neural network (2021)
  • 著者名/発表者名: Seesan Thitiya、Oida Daisuke、Oikawa Kensuke、Buranasiri Prathan、Yasuno Yoshiaki
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 11630 ページ: 1163021
  • DOI: 10.1117/12.2578012
  • 国際共著
• [雑誌論文] Multi-contrast imaging with computational refocusing in polarization-sensitive optical coherence tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhu Lida、Makita Shuichi、Oida Daisuke、Miyazawa Arata、Oikawa Kensuke、Mukherjee Pradipta、Yasuno Yoshiaki
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 11630 ページ: 1163020
  • DOI: 10.1117/12.2582764
• [雑誌論文] Optical coherence tomography-based tissue dynamics imaging for longitudinal and drug response evaluation of tumor spheroids (2020)
  • 著者名/発表者名: I.A. El-Sadek, A. Miyazawa, L.T.W. Shen, S. Makita, S. Fukuda, T. Yamashita, Y. Oka, P. Mukherjee, S. Matsusaka, T. Oshika, H. Kano, Y. Yasuno
  • 雑誌名: Biomedical Optics Express 巻: 11 ページ: 6231-6248
  • DOI: 10.1364/BOE.404336
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative multi-contrast in vivo mouse imaging with polarization diversity optical coherence tomography and angiography (2020)
  • 著者名/発表者名: Hsu Destiny、Kwon Ji Hoon、Ng Ringo、Makita Shuichi、Yasuno Yoshiaki、Sarunic Marinko V.、Ju Myeong Jin
  • 雑誌名: Biomedical Optics Express 巻: 11 ページ: 6945-6945
  • DOI: 10.1364/BOE.403209
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optical coherence tomography interpreted by diffractive optics: A-scan image formation with wavelength-scale diffraction gratings as samples (2020)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Hiroyuki、Yasuno Yoshiaki、Fujibuchi Hiroki
  • 雑誌名: OSA Continuum 巻: 3 ページ: 2395-2395
  • DOI: 10.1364/OSAC.393868
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bulk-phase-error correction for phase-sensitive signal processing of optical coherence tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: Oikawa Kensuke、Oida Daisuke、Makita Shuichi、Yasuno Yoshiaki
  • 雑誌名: Biomedical Optics Express 巻: 11 ページ: 5886-5886
  • DOI: 10.1364/BOE.396666
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Depth‐resolved investigation of multiple optical properties and wrinkle morphology in eye‐corner areas with multi‐contrast Jones matrix optical coherence tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Kohei、Li En、Miyazawa Arata、Kobayashi Masaki、Sayo Tetsuya、Makita Shuichi、Takahashi Yoshito、Yasuno Yoshiaki、Sakai Shingo
  • 雑誌名: Skin Research and Technology 巻: ー ページ: ー
  • DOI: 10.1111/srt.12960
  • 査読あり
• [学会発表] Computational multi-directional optical coherence tomography for visualizing the microstructural directionality of the tissue (2021)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Oida, Kensuke Oikawa, Tai-Ang Wang, Meng-Tsan Tsai, Shuichi Makita, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] Bulk phase error correction by smart-integration-path method for phase-sensitive signal processing of optical coherence tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Oikawa, Daisuke Oida, Shuichi Makita, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] Four-dimensional image formation theory of all laser microscopy including optical coherence tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Naoki Fukutake, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] Three-dimensional imaging of mouse liver dynamics by polarization-sensitive optical coherence tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Pradipta Mukherjee, Arata Miyazawa, Shinichi Fukuda, Toshiharu Yamashita, Ibrahim Abd El-Sadek, Shuichi Makita, Tetsuro Oshika, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] Optical-coherence-tomography based tissue dynamics imaging for longitudinal and drug response evaluation of tumor spheroid (2021)
  • 著者名/発表者名: Ibrahim Abd El-Sadek, Arata Miyazawa, Larina Shen, Shuichi Makita, Pradipta Mukherjee, Satoshi Matsusaka, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-contrast imaging with computational refocusing in polarization-sensitive optical coherence tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Lida Zhu, Shuichi Makita, Daisuke Oida, Arata Miyazawa, Kensuke Oikawa, Pradipta Mukherjee, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] OCT based cross-sectional and three-dimensional dynamics imaging for visualization and quantification of tumor spheroid activity (2021)
  • 著者名/発表者名: I. G. Abd El-Sadek, A. Miyazawa, L. T. W. Shen, S. Makita, P. Mukherjee, S. Matsusaka, Y. Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] Sample and system parameter estimation from local speckle pattern by fully numerically trained deep convolution neural network (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Seesan, D. Oida, K. Oikawa, P. Buranasiri, Y. Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] Volumetric multi-contrast dynamics imaging for ex vivo liver microvasculature activity visualization using Jones matrix optical coherence tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: P. Mukherjee, A. Miyazawa, L. T. W. Shen, S. Fukuda, T. Yamashita, Y. Oka, I. G. Abd El-Sadek, S. Makita, T. Oshika, H. Kano, Y. Yasuno
  • 学会等名: SPIE Photonics West/ BiOS 2021 (米光工学会）
  • 国際学会
• [学会発表] OCTを含む全てのレーザー顕微鏡を扱う 統一結像理論 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福武直樹、安野嘉晃
  • 学会等名: 第81回応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] Multi-contrast tissue imaging with numerical refocus based on polarization-sensitive optical coherence tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: Lida Zhu，Shuichi Makita，Daisuke Oida，Arata Miyazawa，Kensuke Oikawa，Pradipta Mukherjee，Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: Optics Photonics Japan 2020 （日本光学会年次講演会）
• [学会発表] Jones-matrix optical coherence tomographyによる加齢皮膚計測に関する検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 酒井進吾，山崎恒平，宮澤新，エン リ，小雅樹，佐用哲也，巻田修一，高橋慶人，安野嘉晃
  • 学会等名: Optics Photonics Japan 2020 （日本光学会年次講演会）
• [学会発表] 3D label-free dynamics imaging of liver microvasculature by optical coherence microscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Pradipta Mukherjee，Arata Miyazawa，Shinichi Fukuda，Toshiharu Yamashita，Ibrahim Abd El-Sadek，Shuichi Makita，Tetsuro Oshika，Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: Optics Photonics Japan 2020 （日本光学会年次講演会）
• [学会発表] Optical-coherence-tomography based tissue dynamics imaging method for cross-sectional and three-dimensional evaluation of tumor spheroid activity (2020)
  • 著者名/発表者名: Ibrahim Abd El-Sadek，Arata Miyazawa，Larina Shen，Pradipta Mukherjee，Shuichi Makita，Satoshi Matsusaka，Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: Optics Photonics Japan 2020 （日本光学会年次講演会）
• [学会発表] Computational multi-directional optical coherence tomography for visualizing the microstructural directionality of the tissue (2020)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Oida，Kiriko Tomita，Kensuke Oikawa，Tai-Ang Wang，Meng-Tsan Tsai，Shuichi Makita, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: Optics Photonics Japan 2020 （日本光学会年次講演会）
• [学会発表] Deep convolution neural network-based estimator of optical coherence tomography image for the scatterer density estimation (2020)
  • 著者名/発表者名: Seesan Thitiya，Daisuke Oida，Kensuke Oikawa，Buranasiri Prathan，Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: Optics Photonics Japan 2020 （日本光学会年次講演会）
• [学会発表] Numerical jitter estimation for swept source optical coherence tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: Lida Zhu, Arata Miyazawa, Pradipta Mukherjee, Ibrahim Abd El-Sadek, Kensuke Oikawa, Daisuke Oida, Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: OPTICS&PHOTONICS International Congress 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 光コヒーレンストモグラフィーの結像特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安野嘉晃
  • 学会等名: Optics Photonics Japan 2020 （日本光学会年次講演会）
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-FunctionalOptical Coherence Microscopy:Microscope with Interferometryand Computation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Yasuno
  • 学会等名: OPTIC 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] Presentations: "multi-contrast OCT microscope"
  • URL: https://cog-news.blogspot.com/2020/12/presentations-about-multi-contrast-oct.html
• [産業財産権] 計測信号処理装置、計測信号処理方法およびプログラム (2020)
  • 発明者名: 安野嘉晃、シーサンティティヤ
  • 権利者名: 安野嘉晃、シーサンティティヤ
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-070913
• [産業財産権] 計測信号処理装置、計測信号処理方法およびプログラム (2020)
  • 発明者名: 安野嘉晃、ムカルジプロティプト
  • 権利者名: 安野嘉晃、ムカルジプロティプト
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-070309
• [産業財産権] 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム (2020)
  • 発明者名: 安野嘉晃、笈田大輔
  • 権利者名: 安野嘉晃、笈田大輔
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-206436
  • 外国
• [産業財産権] 信号処理装置、信号処理方法および信号処理プログラム (2020)
  • 発明者名: 安野嘉晃、笈田大輔、及川健介
  • 権利者名: 安野嘉晃、笈田大輔、及川健介
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-206506
  • 外国
• [産業財産権] 生体組織の評価方法および評価装置 (2020)
  • 発明者名: 安野嘉晃、ホセインイブラヒムガマルアブデルサデック、宮澤新
  • 権利者名: 安野嘉晃、ホセインイブラヒムガマルアブデルサデック、宮澤新
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-207348
  • 外国