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2019 年度 実績報告書

完全に非侵襲な生細胞ライブイメージングシステムの確立

研究課題

研究課題/領域番号 19J11349
研究機関和歌山大学

研究代表者

小室 幸士  和歌山大学, システム工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
キーワード非侵襲イメージング / 定量位相イメージング / 強度輸送方程式 / ゴーストイメージング / 回折トモグラフィ
研究実績の概要

完全に非侵襲な生細胞ライブイメージングシステムの確立を目的とし,(1)計算ゴーストイメージングによる強度計測精度の向上と,(2)強度分布からの位相計測精度向上について検証した.
(1)に対して,強度分布の再構成方法を比較した.相関関数と逆アダマール変換を用いる方法をシミュレーションにより比較した.最終的に回復された位相分布の計測精度を評価したところ,振幅変調にアダマールマスクを用いる場合,同等の精度で位相計測が可能であることが明らかとなった.ただし,相関関数を用いる場合が逆アダマール変換を用いる場合に比べて計算時間が10分の1であったため,前者を用いることが適しているといえる.
(2)に対して,強度輸送方程式を用いた定量位相イメージングの計測精度向上と,強度輸送方程式以外の方法を用いることの2つの観点から検証した.強度輸送方程式を用いた際に位相計測精度を向上するためには従来,空間光変調器を走査して異なる光軸位置のデフォーカス像群を取得する必要があり,回折トモグラフィに応用した際には膨大な計測時間を要する.そこで本研究では異なる照明角度において取得されたデフォーカス像群から位相分布を回復する手法を提案し,光学実験により位相計測が可能であることを実証した.さらに,強度輸送方程式とは異なる方法として,取得されたデフォーカス像から深層学習を用いて位相計測を行う手法を提案し,光学実験により実証した.シミュレーションにおいて強度輸送方程式を用いた場合と比較した結果,計測精度は向上したが,生体試料に応用する際にいかに大量のデータセットを取得するかが課題であるといえる.
回折トモグラフィとの融合には至らなかったが,その過程で2つの新規手法を提案した.今後は2手法の両面から,回折トモグラフィ導入時の3次元屈折率計測精度を精査することにより当該システムの確立が期待される.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Massachusetts Institute of Technology
  • [雑誌論文] Transport-of-intensity phase imaging with polarization directed flat lenses2020

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Kakei, Koshi Komuro, Takanori Nomura
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 59 ページ: 2011-2015

    • DOI

      https://doi.org/10.1364/AO.386020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deep ghost phase imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Koshi Komuro, Takanori Nomura, George Barbastathis
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 59 ページ: 3376-3382

    • DOI

      https://doi.org/10.1364/AO.390256

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 斜方照明強度輸送方程式に基づく位相計測2020

    • 著者名/発表者名
      酒井貴弘,小室幸士,野村孝徳
    • 学会等名
      第18回関西学生研究論文講演会
  • [学会発表] 微分位相コントラスト法を導入した計算ゴーストイメージングに基づく位相イメージング2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤隆文,小室幸士,野村孝徳
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Experimental verification of single-shot transport-of-intensity phase imaging with a glass plate2019

    • 著者名/発表者名
      Koshi Komuro, Aoi Onishi, Daichi Kishiwaki, Takanori Nomura
    • 学会等名
      Information Photonics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical evaluation of transport-of-intensity phase imaging with oblique illumination for refractive index tomography2019

    • 著者名/発表者名
      Koshi Komuro, Yusuke Saita, Yosuke Tamada, Takanori Nomura
    • 学会等名
      Digital Holography & 3-D Imaging 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-pixel transport-of-intensity phase imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Koshi Komuro, Takafumi Ito, Takanori Nomura
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Transport-of-intensity phase imaging using deep learning2019

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Kakei, Koshi Komuro, Takanori Nomura
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Deep-learning-generated binary hologram2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Goi, Koshi Komuro, Takanori Nomura
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase retrieval for computational ghost imaging by deep learning2019

    • 著者名/発表者名
      Koshi Komuro, Takanori Nomura, George Barbastathis
    • 学会等名
      2019 Joint Symposia on Optics
    • 国際学会
  • [学会発表] 計算機ホログラムに基づくインラインディジタルゴーストホログラフィ2019

    • 著者名/発表者名
      米田成,最田裕介,小室幸士,福井千明,野村孝徳
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 微弱照明下における強度輸送定量位相イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      小室幸士,野村孝徳
    • 学会等名
      第20回情報フォトニクス研究グループ研究会(秋合宿)
    • 招待講演
  • [備考] 情報フォトニクス研究室

    • URL

      http://web.wakayama-u.ac.jp/~nom/IPL/

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公開日: 2021-01-27  

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