光CTの実現を目指した生体内音響光学特性に関する基礎研究

光を用いた生体断層イメージング(光CT)は、生体内の形態・機能情報を分光学的手法により取得することが可能な医療上実用性の高い新技術である。しかしその実現には生体内の光散乱に起因する空間分解能の低下が大きな問題となっており、国内外で多くの研究が行われている。本研究では空間分解能の向上を目指して、超音波の照射により光が変調される現象(音響光学効果)を光生体計測に応用することを考え、基礎的検討を行ってきた。前年度の研究では、生体透過光、後方散乱光の何れに超音波変調を加えた場合においても光CTへの適用可能性を示すことが出来た。本年度は特にCT化の可能性が高い透過変調光の検出に焦点を絞り更なる検討を行った。以下に得られた知見を述べる。1.スペックルパターン変化の計測による検出感度の向上生体のような強散乱条件下では透過変調光が微弱となりS/Nが大きく低下する。この問題について2次元センサ(CCDカメラ)を用いて、変調に伴うスペックルパターンの変化量を検出することにより検出感度の向上を目指した。その結果、超音波照射に伴うパターン変化が十分なS/Nで観測され、総輝度値を指標とすることで検出感度向上の可能性が示された。2.光、超音波のパルス化による局所情報の取得スペックルパターンの計測に加えて更なる空間分解能の向上を目指し、超音波と光をともにパルス化する新たな手法を提案し、その有用性を実験的に検証した。この手法は生体内で超音波パルスが光軸を横切る瞬間にのみ光を照射し、シャッタを開放したCCDカメラによりスペックルパターン変化を検出するものである。結果として、スペックルパターンの計測による高S/N特性は維持されつつ超音波の連続照射に比べて明らかな空間分解能の向上が示された。以上、本研究の結果は光CT実現の妨げとなっている光散乱の問題に対し、音響光学効果を応用した新手法による解決の可能性を示したものである。

光を用いた生体断層イメージング(光CT)は、生体内の形態・機能情報を分光学的手法により取得することが可能な医療上実用性の高い新技術である。しかしその実現には生体内の光散乱に起因する空間分解能の低下が大きな問題となっており、国内外で多くの研究が行われている。本研究では空間分解能の向上を目指して、超音波の照射により光が変調される現象(音響光学効果)を光生体計測に応用することを考え、基礎的検討を行ってきた。前年度の研究では、生体透過光、後方散乱光の何れに超音波変調を加えた場合においても光CTへの適用可能性を示すことが出来た。本年度は特にCT化の可能性が高い透過変調光の検出に焦点を絞り更なる検討を行った。以下に得られた知見を述べる。1.スペックルパターン変化の計測による検出感度の向上生体のような強散乱条件下では透過変調光が微弱となりS/Nが大きく低下する。この問題について2次元センサ(CCDカメラ)を用いて、変調に伴うスペックルパターンの変化量を検出することにより検出感度の向上を目指した。その結果、超音波照射に伴うパターン変化が十分なS/Nで観測され、総輝度値を指標とすることで検出感度向上の可能性が示された。2.光、超音波のパルス化による局所情報の取得スペックルパターンの計測に加えて更なる空間分解能の向上を目指し、超音波と光をともにパルス化する新たな手法を提案し、その有用性を実験的に検証した。この手法は生体内で超音波パルスが光軸を横切る瞬間にのみ光を照射し、シャッタを開放したCCDカメラによりスペックルパターン変化を検出するものである。結果として、スペックルパターンの計測による高S/N特性は維持されつつ超音波の連続照射に比べて明らかな空間分解能の向上が示された。以上、本研究の結果は光CT実現の妨げとなっている光散乱の問題に対し、音響光学効果を応用した新手法による解決の可能性を示したものである。