Development of five-dimensional photoacoustic microscopy for analysis of tumor vasculature

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当該年度は，5D光音響顕微鏡構築のための基礎検討を実施した。研究代表者はこれまでに，メラニンやヘモグロビン等の光吸収体を吸収波長で弁別しながら，光学顕微鏡レベルの空間分解能で3次元イメージングを行えるハイパースペクトル光音響顕微鏡を構築している。本研究計画は，本技術によるデータ取得を高速化してリアルタイムでのイメージングを可能とすることで5D光音響顕微鏡（3次元空間＋波長＋時間）を構築するものであり，今年度はデータ取得の高速化について検討した。光音響顕微鏡で3次元イメージングを行うためには，サンプル表面において励起光を2次元的に走査する必要がある。従来は自動ステージによりサンプルを機械的に走査していたが，自動ステージの移動速度がデータ取得速度のボトルネックとなっていた。本研究では，光音響顕微鏡によるリアルタイム3次元イメージングを可能とするために，ガルバノスキャナを用いた高速走査を適用した。さらに，高速化に伴う感度の低下を抑制可能な新しい信号検出方式を考案し，原理検証実験を実施した上で光音響顕微鏡に搭載し，高感度化が可能なことを実証した。この結果，1 fps以上の速度で3次元画像を取得可能なイメージング速度を実現できた。これらの結果，1 fps以上の速度で3次元画像を取得可能な光音響顕微鏡を構築できた。構築した光音響顕微鏡を用いて，生体内部の光吸収体の3次元分布をリアルタイムに可視化できることを実証するために，生体内の主要な光吸収体であるヘモグロビンを標的としたin vivo血管分布イメージングや，血液内に投与した造影剤のリアルタイムイメージングを実施した。この結果，血液と造影剤を標的としたリアルタイム3次元イメージングがそれぞれ可能なことを実証した。