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

利用相位共轭光的时间逆传播开发动物体内定域光谱新技术

• 批准号: 20K20537
• 负责人: 清水 孝一
• 金额: $ 16.47万
• 依托单位: Hokkaido University (2021-2022)Waseda University (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20537/
• 关键词: 時間反転; 位相共役; 光伝搬; 光散乱; 無侵襲計測; 分光計測; 生体計測; 拡散

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。

This study は wave, phase service に よ る time against planning と い う new principle を scattered spectral の eset に た に import す る こ と に よ り, こ れ ま で be が now difficult で あ っ た strong い scattered body internal に お け る bureau field spectrometer measuring technology の open 発 を purpose と す る. In the third year, the <s:1> research achievements とお times とお とお である. 1. こ れ ま で の theoretical analytical results の を も と に, consider を modern す る た め の measuring method, measuring conditions, such as measuring fan 囲 に つ き parsing を さ ら に into め fraught, problem point を し た. The specific に に, the biological <s:1> ような, the thick system of the dispersion, the internal <s:1> light 伝, the に に った に, the secondary ように ように are detailed in the <s:1> を analysis を line った. (1) uniformly scattered body に し seaborne て は, light エ ネ ル ギ ー の transport equations に base づ き, company, approximate solution を applicable し analytical line を っ て た. よ り specific シ ス テ ム に し seaborne, be に お い て necessary と さ れ る incident light を Ming ら か に す る と と も に, - cycle count, 検 の sensitivity, a measuring system of SN ratio and measuring may deep さ に masato す る problem point を specific し た. Layer (2) vascular や brawn な ど heterogeneity な like に seaborne beg を 検 め, モ ン テ カ ル ロ subgrade に づ く シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り line, measuring conditions の specific を っ た. 2 Early annual に に test case alone し た イ ノ ベ ー シ ョ ン, つ ま り ultrasound - adjustable frequency count を time に し seaborne sweep lead す る チ ャ ー を プ way be with the に nearly づ け た. Specific に は, (1) the principle of analytic を さ ら に め, チ ャ ー プ way を group み 込 ん だ シ ス テ ム の 働 き を, よ り be used レ ベ ル で シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で き る よ う に し た. そ の results, (2) the living body tissue の よ う な thick is scattered body internal に お い て を bureau, optical measuring fields す る performance の upward が 図 ら れ た. 3 The blood vessels in the body are responsible for the construction of モデ を を, phase co-action waves による, time anti-転 メ, ジ, ジ, グを and った. Ultrasound - adjustable の part に し seaborne, 従 to と new rules チ ャ ー プ way を し, intentionally な space decomposition can の upward を confirm し た. Youdaoplaceholder2 れに accompanied by チャ プ プ in the form of プ points ならびに problem points を clear ら に に た た. 4 Youdaoplaceholder6 れら を achievements を international conferences や domestic academic societies で schedules た. In 2022, there were にお, にお, て, べ, 10 <s:1> research presentations (1 symposium, 3 keynote speeches, and 1 student award), を and った.

项目成果

Ho Chi Minh City Univ. of Technology(ベトナム)

胡志明市科技大学（越南）

Noninvasive technique to evaluate turbidity in blood vessel from skin surface using backscattered NIR light

使用反向散射近红外光评估皮肤表面血管浑浊度的无创技术

• 发表时间: 2022
• 作者: Shiyang Liang;Hiroshi Inujima and Koichi Shimizu
• 通讯作者: Hiroshi Inujima and Koichi Shimizu

Functional transillumination imaging of animal body with NIR light scattering

近红外光散射动物体功能性透照成像

• 发表时间: 2021
• 作者: Yago Tomoaki;Tashiro Manami;Hasegawa Kiichi;Gohdo Masao;Tsuchiya Syuta;Ikoma Tadaaki;Wakasa Masanobu;Koichi Shimizu (keynote)
• 通讯作者: Koichi Shimizu (keynote)

Functional Transillumination Imaging of Animal Body by Scattering Suppression of NIR Light

通过近红外光散射抑制对动物体进行功能性透照成像

• 发表时间: 2022
• 作者: Koichi Shimizu (Plenary) * The meeting was postponed to Apr. 9;2022.
• 通讯作者: 2022.

Detection of Red Blood Cell Movement in Whole Blood in ELF Electric Field Exposure

ELF 电场暴露下全血中红细胞运动的检测

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Kanemaki;H. O. Shimizu;H. Inujima;T.Miyake and K. Shimizu (Student Poster Award)
• 通讯作者: T.Miyake and K. Shimizu (Student Poster Award)