生体透過snake photonの特性解明と利用のための基礎研究

阐明生物穿透蛇光子的特性和利用的基础研究

• 批准号: 13878177
• 负责人: 清水 孝一
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13878177/
• 关键词: snake photon; 近軸散乱光; 近赤外光; 光散乱; 生体透視; 光CT; 光拡散; 時間分解解析

生体のような高濃度散乱体にビーム光を入射しコリメート受光系で検出した場合、2種類の透過光が得られる。すなわち一度も散乱を受けずに散乱体を通過した光(ballistic photon)と、前方散乱を繰り返しつつ入射光軸にまつわりつくように散乱体を通過した光(snake photon、以下SP)である。SPの発見により、これまで不可能と考えられてきたいくつかの重要な応用に新たな可能性が開かれる。本研究では、未知の点の多いSPに対し、その基礎的な特性を明らかにするとともに、その生体透視への応用ひいては光CT実現へ向け新たな可能性を拓くことを目的とした。本研究をとおし以下の成果が得られた。1.散乱体中の光伝搬に対し、輸送方程式に微小角近似および拡散近似を適用することにより理論的解析を行った。それぞれの場合の出射光の空間的・時間的特性から、SPの伝搬特性を理論的に明らかにした。2.散乱体内光伝搬のシミュレーションを行い、理論解析の結果の妥当性を検証した。また種々の実験条件に対するSPの特性を求めた。これらのうち実現可能な条件に対し実験システムを構築し、SPの検出可能性を実証するとともに、その特性の一端を実験的に明らかにした。3.SP検出に向け、いくつかの方法を試みた。それらのうち効率的にSPを検出する方法として、差動原理に基づく手法を新たに開発した。このように検出した成分が近軸散乱成分であることを確かめるため、散乱体内部に挿入したナイフエッジのイメージングを行った。その結果、検出成分が確かにSP成分であることが実験的に検証された。これらの成果は、高濃度散乱体におけるSPの検出可能性および有効な検出法を実証したものとして、国内外ともに初めてのものと考えられる。以上の研究により、本研究の当初の目的はほぼ達成された。今後この成果をさらに応用発展させていきたい。

Living body の よ う な high scattered body に ビ ー ム を incidence し コ リ メ ー ト by light department で 検 out し た occasions, 2 species の through light が must ら れ る. す な わ ち once も scattered を by け ず に を scattered body through し た light (ballistic photon) と, scattered ahead を Qiao り return し つ つ incident optical axis に ま つ わ り つ く よ う に を scattered body through し た light (snake by photon, SP) under で あ る. SP の 発 see に よ り, こ れ ま で impossible と exam え ら れ て き た い く つ か の important な 応 に new た が な possibility open か れ る. This study で は, unknown の point の い SP に し, seaborne そ の based な features を Ming ら か に す る と と も に, そ の raw body perspective へ の 応 with ひ い て は light CT be へ to け new た な possibility を billiton く こ と を purpose と し た. This study をとお をとお obtained られた from the following が results. 1. の 伝 light scattered body move に し seaborne, transmission equation に small Angle approximation お よ び company, spread the approximate を applicable す る こ と に よ り theory analytical line を っ た. そ れ ぞ れ の occasions の emergent light の space, the characteristics of time か ら, SP の 伝 move を theory features に Ming ら か に し た. 2. The internal light of the scattered body 伝, シ, シ, ュレ, ショ, <e:1>, を, <s:1>, theoretical analysis, <s:1>, the appropriateness of the result, を検, evidence, た. Youdaoplaceholder0 kinds of 々 <s:1> empirical conditions に are used to find めた for the するSP <s:1> characteristics を. こ れ ら の う ち conditions may be presently な に し seaborne be 験 シ ス テ ム を constructing し, SP の を 検 out possibility be card す る と と も に, そ の features を の end be 験 に Ming ら か に し た. 3.SP検 go out of に to け, 検 く, に に みた to try みた. そ れ ら の う ち sharper rate に SP を 検 out す る method と し て, differential principle に づ く gimmick を new た に open 発 し た. こ の よ う に 検 out し た composition が paraxial scattered composition で あ る こ と を か indeed め る た め, scattered body internal に scions into し た ナ イ フ エ ッ ジ の イ メ ー ジ ン グ を line っ た. Youdaoplaceholder0 そ results, 検 output of components が confirmation of にSP components である に検 とが experimental evidence された. は こ れ ら の results, high concentration of scattered に お け る SP の 検 out possibility お よ び have sharper な を 検 the method be card し た も の と し て, both at home and abroad と も に early め て の も の と exam え ら れ る. The above <s:1> research によ によ and the original purpose of this research ほぼ is achieved された. In the future, the achievements of をさらに応 will be used for exhibition at させて た た た.

项目成果

F. Sato, et al.: "Quantitative imaging of diffuse medium using near-axis scattered light"Tech. Dig. of CLEO-PR2001. 1. 382-383 (2001)

F. Sato 等人：“使用近轴散射光对漫射介质进行定量成像”技术。

Koichi Shimizu, et al.: "Use of near-axis scattered light in optical CT imaging"Proc. of BOPM2002 (Biomedical Optics and Photomedicine). 90-91 (2002)

Koichi Shimizu 等人：“近轴散射光在光学 CT 成像中的应用”Proc。

K.Shimizu, et al.: "Imaging of absorption distribution in diffuse medium using backscattered light and integral operation"Tech. Dig. of OSA Biomedical Topical Meeting. (in press). (2002)

K.Shimizu 等人：“利用反向散射光和积分运算对漫射介质中的吸收分布进行成像”Tech。

Koji Akiyama, et al.: "Cross-sectional imaging of absorption distribution using backscattered light"Tech. Dig. of CLEO-PR2003. (in press). (2003)

Koji Akiyama 等人：“使用反向散射光进行吸收分布的横截面成像”技术。

佐藤文彦, 他: "近軸散乱光を用いた体内情報計測に関する基礎的検討"生体・生理工学シンポジウム論文集. 333-336 (2002)

Fumihiko Sato 等人：“利用近轴散射光测量内部信息的基础研究”生物和生理工程研讨会论文集 333-336 (2002)。