Development of Technology for Evaluation of Intracellular Dynamics of Contrast Agents Targeting Cancer by Ultra-high Resolution Hybrid Photoacoustic / Optical Imaging

通过超高分辨率混合光声/光学成像评估癌症造影剂细胞内动力学的技术开发

基本信息

批准号：
21J13801
负责人：
新楯諒
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tohoku University
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

项目摘要

本研究の目的は，細胞レベルの光音響イメージングを実現することで癌細胞に対する造影剤の機能性や毒性をマルチモーダルに評価する新規技術を確立することである．これまでに細胞イメージングに特化した透過型光音響顕微鏡システムを開発し，サブミクロン分解能で細胞内の光吸収体分布の可視化した．一方，開発した装置では光吸収体の細胞内局在が不明確な点，機械スキャンによって撮像速度が遅くなる点が，今後の医学応用の際の課題として挙げられた．そこで本年度は，これまで開発した光音響顕微鏡の基礎医学的応用を促進するために，次の二つの軸で装置の改良を行った．：①細胞の形態情報の追加取得のための光学・光音響ハイブリッド顕微鏡システムの開発．②対象のリアルタイムイメージングを実現するための高速撮像光音響顕微鏡システムの開発．①においては，これまで開発した透過型光音響顕微鏡の下部に白色光源およびCMOSカメラを追加設置・光軸調整を行い，光音響画像と光学画像が同軸・同位置で取得できるハイブリッド顕微鏡システムを構築した．方位分解能計測・細胞（赤血球・メラノーマ細胞）イメージングによってその性能を検証し，1μmより優れた方位分解能で細胞の形態情報とその内部に分布した光吸収体の情報の対応付けを可能にした．・②においては，MEMSミラーを用いてレーザ照射ビームと音響受信ビームを同軸で高速スキャンする高速撮像光音響顕微鏡システムを構築した．また，ミラーの高速走査に由来して発生する非線形空間歪みを簡便・性格に補正する3次元画像処理手法を新たに提案・実装した．これにより，生体内の毛細血管といった細胞レベルの対象物を，32秒の撮像時間 (2×4 mm，従来の機械スキャンより50倍以上高速) で鮮明にイメージングできることを実証した．

这项研究的目的是建立一种新技术，该技术通过实现细胞水平的光声成像来多模式评估对比剂对癌细胞的功能和毒性。到目前为止，我们已经开发了一种专门用于细胞成像的传输型光声显微镜系统，并可以观察到具有亚微米分辨率的细胞中光吸收器的分布。另一方面，开发的设备的开发尚不清楚光吸收器的局限性，并且由于机械扫描而引起的图像速度较慢，这对于将来的医疗应用是一个挑战。因此，今年，我们通过两种方式对该设备进行了改进，以促进迄今为止我们已经开发的光声显微镜的基本医学应用。：1）开发用于进一步获取细胞形态信息的光学和光声杂交显微镜系统。 2）开发用于目标实时成像的高速成像光声显微镜系统。在1中，安装了白光源和CMOS摄像头，并在开发到现在开发的传输光声显微镜的底部进行了光轴，以创建一个混合显微镜系统，该系统允许在同一位置获取光声图像和光学图像。通过定向分辨率测量和细胞（红细胞和黑色素瘤细胞）成像来验证性能，并且具有优于1μM的方向分辨率，可以将细胞形态信息与其中分布在其中的光吸收器信息相关联。在②中，使用MEMS镜子构建了高速成像光声显微镜系统，以高速（同轴）扫描激光照射束和声感受束。此外，已经提出并实施了一种新的3D图像处理方法，以便易于纠正由镜子的高速扫描引起的非线性空间变形。这表明，在32秒的成像时间（2 x 4 mm，比传统的机械扫描快50倍）时，可以清楚地对生物中的毛细血管（例如毛细血管）进行细胞对象。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Comparative investigation of coherence factor weighting methods for an annular array photoacoustic microscope

DOI：
10.35848/1347-4065/ac4684
发表时间：
2022-07-01
期刊：
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
影响因子：
1.5
作者：
Suzuki，Riku;Shintate，Ryo;Saijo，Yoshifumi
通讯作者：
Saijo，Yoshifumi

MEMS ミラーを用いた高速撮像光音響顕微鏡システムの開発～ミラー走査由来の画像歪みに対する補正手法の検討と併せて～

使用MEMS反射镜的高速成像光声显微镜系统的开发 - 结合反射镜扫描引起的图像失真的校正方法的研究 -

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報
影响因子：
0
作者：
N. Yoshida;H. Nakagawa;S. Aoki;Erwin;J.;Vandaele;A. C.;I. Murata;Thomas;I.;Daerden;F.;Lori;N.;Trompet;L.;S. Koyama;N. Terada;Y. Kasaba;Ristic;B.;Patel;M.;Bellucci;G.;and Lopez-Moreno. J.-J;新楯諒，Chulhong Kim，西條芳文
通讯作者：
新楯諒，Chulhong Kim，西條芳文

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