Development of new technique for localized spectroscopy in animal body using time-reverse propagation of phase-conjugate light

本研究は、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入することにより、これまで実現が困難であった強い散乱体内部における局所領域分光計測技術の開発を目的とする。第三年度の研究実績は次のとおりである。１．これまでの理論解析の結果をもとに、着想を具現化するための計測方法、計測条件、計測範囲等につき解析をさらに進め、問題点を明確化した。具体的には、生体のような濃厚系散乱体内部の光伝搬につき、次のように詳しい解析を行った。(1)均一散乱体に対しては、光エネルギーの輸送方程式に基づき、拡散近似解を適用して解析を行った。より具体的システムに対し、実測において必要とされる入射光量を明らかにするとともに、変調周波数、検出感度、計測系のＳＮ比、計測可能深さ等に関する問題点を特定した。 (2)血管や筋肉層など不均一な対象に検討を進め、モンテカルロ法に基づくシミュレーションにより、計測条件の特定を行った。２．初年度に独自に考案したイノベーション、つまり超音波変調周波数を時間に対し掃引するチャープ方式を実用化に近づけた。具体的には、 (1) 原理解析をさらに進め、チャープ方式を組み込んだシステムの働きを、より実用レベルでシミュレーションできるようにした。その結果、(2)生体組織のような濃厚系散乱体内部において、光計測領域を局所化する性能の向上が図られた。３．体内血管のモデルを構築し、位相共役波による時間反転イメージングを行った。超音波変調の部分に対し、従来法と新規チャープ方式を適用し、有意な空間分解能の向上を確認した。これに伴い、チャープ方式の利点ならびに問題点を明らかにした。４．これらの成果を国際会議や国内学会で発表した。2022年度は、8回の国際会議においてのべ10件の研究発表（Plenary1件、Keynote3件、学生受賞1件）を行った。

本研究は、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入することにより、これまで実現が困難であった強い散乱体内部における局所領域分光計測技術の開発を目的とする。第三年度の研究実績は次のとおりである。１．これまでの理論解析の結果をもとに、着想を具現化するための計測方法、計測条件、計測範囲等につき解析をさらに進め、問題点を明確化した。具体的には、生体のような濃厚系散乱体内部の光伝搬につき、次のように詳しい解析を行った。(1)均一散乱体に対しては、光エネルギーの輸送方程式に基づき、拡散近似解を適用して解析を行った。より具体的システムに対し、実測において必要とされる入射光量を明らかにするとともに、変調周波数、検出感度、計測系のＳＮ比、計測可能深さ等に関する問題点を特定した。 (2)血管や筋肉層など不均一な対象に検討を進め、モンテカルロ法に基づくシミュレーションにより、計測条件の特定を行った。２．初年度に独自に考案したイノベーション、つまり超音波変調周波数を時間に対し掃引するチャープ方式を実用化に近づけた。具体的には、 (1) 原理解析をさらに進め、チャープ方式を組み込んだシステムの働きを、より実用レベルでシミュレーションできるようにした。その結果、(2)生体組織のような濃厚系散乱体内部において、光計測領域を局所化する性能の向上が図られた。３．体内血管のモデルを構築し、位相共役波による時間反転イメージングを行った。超音波変調の部分に対し、従来法と新規チャープ方式を適用し、有意な空間分解能の向上を確認した。これに伴い、チャープ方式の利点ならびに問題点を明らかにした。４．これらの成果を国際会議や国内学会で発表した。2022年度は、8回の国際会議においてのべ10件の研究発表（Plenary1件、Keynote3件、学生受賞1件）を行った。