能動型光生体計測技術の基礎研究

近年、光による生体計測の研究が盛んに行なわれているが、生体組織は強い散乱性を有し光計測の発展に大きな妨げとなっている。そのため本研究では、従来の光のみによる計測に対して、音響光学効果を用いて媒質の局所的な特性を変化させることによる光生体計測の計測能力向上を目指し、より高機能な計測手法を開発することを最終目的とした。この目的のため、本研究期間において光散乱体における音響光学効果について2つの視点から検討を行った。得られた研究成果は、以下に示す通りである。1. 音響光学効果に伴う屈折率の変化による局所反射光検出媒質に超音波を照射すると媒質中の屈折率は正弦的に変化するため、局所的な屈折率変化による反射により局所的な光学特性の検出が可能である考えられる。そこで、超音波を照射した媒質に光を入射してOptical Coherence Tomography法を用いて局所的な反射光の検出について検討を行った。その結果、局所的な反射光は確認できなかった。しかしながら要因としてパワー及び周波数が小さいために屈折率変化やその勾配が小さいことか挙げられるため、今後それらの改善により検出の可能性はまだあるものと考えられる。2. 音響光学効果による後方散乱光の時間分解波形への影響光散乱媒質に短パルス光を入射し、その後方散乱光の時間分解波形をストリークカメラを用いて、音響光学効果の後方散乱光への影響について評価を行った。その結果、音響光学効果により後方散乱光の時間分解波形に局所的な変化が現れることが明らかとなった。また、それは超音波の位相に応じて変化の様子も異なることが明らかとなった。以上の結果より、光生体計測に領域において利用価値の高い後方散乱光の時間分解波形に、局所的に能動的な変化を与えることが可能となった。そのため、従来の光のみの計測に対し、本手法はより空間的に高分解能計測の可能性を有することが明らかとなった。

近年、光による生体計測の研究が盛んに行なわれているが、生体組織は強い散乱性を有し光計測の発展に大きな妨げとなっている。そのため本研究では、従来の光のみによる計測に対して、音響光学効果を用いて媒質の局所的な特性を変化させることによる光生体計測の計測能力向上を目指し、より高機能な計測手法を開発することを最終目的とした。この目的のため、本研究期間において光散乱体における音響光学効果について2つの視点から検討を行った。得られた研究成果は、以下に示す通りである。1. 音響光学効果に伴う屈折率の変化による局所反射光検出媒質に超音波を照射すると媒質中の屈折率は正弦的に変化するため、局所的な屈折率変化による反射により局所的な光学特性の検出が可能である考えられる。そこで、超音波を照射した媒質に光を入射してOptical Coherence Tomography法を用いて局所的な反射光の検出について検討を行った。その結果、局所的な反射光は確認できなかった。しかしながら要因としてパワー及び周波数が小さいために屈折率変化やその勾配が小さいことか挙げられるため、今後それらの改善により検出の可能性はまだあるものと考えられる。2. 音響光学効果による後方散乱光の時間分解波形への影響光散乱媒質に短パルス光を入射し、その後方散乱光の時間分解波形をストリークカメラを用いて、音響光学効果の後方散乱光への影響について評価を行った。その結果、音響光学効果により後方散乱光の時間分解波形に局所的な変化が現れることが明らかとなった。また、それは超音波の位相に応じて変化の様子も異なることが明らかとなった。以上の結果より、光生体計測に領域において利用価値の高い後方散乱光の時間分解波形に、局所的に能動的な変化を与えることが可能となった。そのため、従来の光のみの計測に対し、本手法はより空間的に高分解能計測の可能性を有することが明らかとなった。