2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of optical tomographic imaging system for in-vivo nano-vibration measurement of whole 3D structure in biological tissue
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19H02151
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
崔 森悦 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (60568418)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 洋介 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20283343)
村松 正吾 新潟大学, 自然科学系, 教授 (30295472)
日比野 浩 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (70314317)
任 書晃 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (80644905)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光周波数コム / 光計測 / スーパーコンティニウム / 光周波数コム / 振動計測 / 光コヒーレンストモグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、3次元ボリューム全体の断層構造と振動様態の同時計測を実現する光コムを用いた新規イメージング装置の開発を目指した。
本年度では、二つの装置の開発を並行して進めた。先ず、多波長走査en-face顕微鏡を改良し、測定物試料の深さ方向のスキャンと同時に振動様態を把握できる瞬時周波数解析法を提案した。この新しい処理法の検証実験を行い生体計測への応用可能性について検討を行った。実験の結果、40kHz帯で高速振動する物体の3次元断層と振動振幅の空間的分布を約0.25秒で計測でき、3次元的な表示で可視化可能になった。
次に、昨年度から着手していた「光コム」の電子的走査を用いた断層振動イメージング装置を構築し、スキャンレート20 MHzの超高速断層振動計測を実現した。光源としてDD-MZM（Dual drive Mach-Zehnder modulator）型のEO(Electro-optics)コム発生器を導入した。さらに分散補償ファイバーによる非線形光学効果を用いた広帯域化を実現し、帯域幅約40-50 nmのスーパーコンティニウム(SC)光を生成した。このSCコムの周波数間隔を掃引幅10GHz±10 MHzによって深さ方向のスキャンを可能にした。正弦波状の掃引波形の周波数を10MHzまでこれによって、往復で20MHzのスキャンレートを達成した。検証実験では音波によって振動するガラス板の過渡的な断層変位計測と100 kHzで振動するピエゾ素子の振動計測が可能となり、深さ分解能25 μmと振動振幅の検出感度1.0 nm以下を達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、昨年度に確立した広帯域光コムの高速で正確な周波数掃引を用いた3次元断層計測装置の構築を目指すことを計画した。さらに、光ファイバー型フィゾー干渉プローブ、及び、空間光学系による干渉顕微鏡の2つの可能性を模索し、両装置における光コム計測を計画した。本年度の計画通り、我々は2つの光学装置の開発と実証実験を行った。先ず、多波長走査en-face顕微鏡を改良し、測定物試料の深さ方向のスキャンと同時に振動様態を把握できる瞬時周波数解析法を提案した。この新しい処理法の検証実験を行い生体計測への応用可能性について検討を行った。さらに、提案手法である光コム干渉法による断層像の取得、周波数コム間隔の高速掃引による振動計測の達成、理想系（非生物が測定対象）での断層と振動の同時計測を達成した。今後は、これらの結果を基に、鼓膜や蝸牛組織などの生体試料の計測に挑戦する。
従って、本年度の研究はおおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
光源の開発においては、非線形光ファイバーをシミュレーションを駆使して選定していき、現状よりもさらなる広帯域化を目指す。これにより断層計測の深さ分解能の向上を目指す。計測システムとしては、引き続き、en-face型とプローブ型の二つのシステムの試作と生体試料の計測と評価を目指し、生体計測への応用を具体化していく。
特に、本年度で開発した光コムによる高速断層振動計測装置の改良を進め、生体振動計測可能な光学系の構築を行う。
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