圧縮センシングを用いたビデオレート広帯域ラマン分光イメージング

使用压缩传感的视频速率宽带拉曼光谱成像

• 批准号: 21J11484
• 负责人: 滝沢 繁和
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11484/
• 关键词: ラマン分光; 分光イメージング; 圧縮センシング; 高速分光

ラマン散乱分光法は、ラベルフリーで測定試料の分子構造情報を得られることから物性・生命科学等で広く用いられている。特に、時間領域で測定するフーリエ変換コヒーレント反ストークスラマン散乱（FT-CARS）分光法を用いると、広帯域なラマンスペクトルを、通常の自発ラマン散乱分光法に比べて高速に取得することが可能である。しかしながら、FT-CARS分光法をより動的な測定試料に適用するためには、さらなる高速化と高感度化が求められている　。本研究では、圧縮センシングと呼ばれる情報科学技術とFT-CARS分光イメージングを組み合わせることで、FT-CARS分光装置の性能向上を目指した。圧縮センシングとは、信号に関する事前知識を活用することで通常必要とされるよりも少ない測定点数から正しい復元結果を復元する技術であり、測定点数を減らした分だけ測定を高速化することができる。より具体的に本研究では、リサジュー走査によって測定信号を疎にサンプリングしたうえで、空間スペクトル全変動によって正則化された最適化問題を解いて信号を復元することで、圧縮センシングをFT-CARS分光イメージングに適用する手法を提案・実証した。数値シミュレーション結果をもとに適切な走査周波数を決定し、上記手順によって信号の疎サンプリングと復元を行うことで、従来のラスタースキャンに基づく測定に比べて8分の1程度の測定時間でも信号を復元できることを実証した。本成果は広帯域なラマン分光画像をビデオレートで取得した最初の報告であり、今後は一例として生細胞内小分子の時空間的な局在を明らかにすることで細胞の生理機能の解明等につながると期待される。

Scattered spectroscopy is used to measure molecular structure information of samples. Special, time domain measurement, spectral analysis, spectral analysis, spectral analysis FT-CARS spectroscopy is used to measure the sample with high speed and high sensitivity. This study aims at improving the performance of FT-CARS spectroscopic devices by combining information technology and FT-CARS spectroscopic devices. A priori knowledge of signal processing is usually necessary to reduce the number of measurement points and to restore the results. In this paper, we propose and demonstrate a method for solving the optimization problem of FT-CARS spectroscopy by analyzing and analyzing the signal distribution, spatial selection, and regularization. The number of cycles is determined according to the number of cycles measured. The number of cycles measured is determined according to the number of cycles measured. The results of this study are expected to provide an insight into the biological functions of cells in the future, as well as an initial report on the development of spectral images of small molecules in cells.

项目成果

High-speed time-domain coherent Raman spectral imaging with compressed sensing

采用压缩感知的高速时域相干拉曼光谱成像

• 发表时间: 2022
• 作者: 滝沢繁和;平松光太郎;小野峻佑;合田圭介
• 通讯作者: 合田圭介

圧縮センシングを用いた高速フーリエ分光イメージング」

“使用压缩传感的快速傅立叶光谱成像”

• 发表时间: 2022
• 作者: 滝沢繁和;平松光太郎;小野峻佑;合田圭介
• 通讯作者: 合田圭介

High-speed hyperspectral imaging enabled by compressed sensing in time domain

通过时域压缩传感实现高速高光谱成像

• DOI: 10.1117/1.apn.2.2.026008
• 发表时间: 2023
• 期刊: Advanced Photonics Nexus
• 作者: Shigekazu Takizawa;Kotaro Hiramatsu;Matthew Lindley;Julia Gala de Pablo;Shunsuke Ono;Keisuke Goda
• 通讯作者: Keisuke Goda

圧縮フーリエ分光イメージング：シミュレーションによる検討

压缩傅立叶光谱成像：模拟研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 滝沢繁和;平松光太郎;合田圭介
• 通讯作者: 合田圭介