マルチスライスＸ線タイコグラフィによる広視野・高分解能・三次元バイオイメージング

観察領域100×100×100 um3、空間分解能10×10×10 nm3での3次元観察を行うためには、Crowther limitの見積もりから30000を超える試料角度での測定が必要となり、1方向のタイコグラフィ測定で1時間程度要している現状では、実現不可能であることが明らかとなった。そこで、解析的に再構成に必要な測定角度数を低減することが可能か検討した。通常の3次元再構成計算法では、各角度で測定した試料全体の投影像から3次元像を再構成するため、マルチスライス位相回復計算で再構成された複数層の試料像から3次元再構成する場合には、各層を積算する必要があった。そこで、各層を積算することなく3次元再構成するために、逐次近似法とマルチスライス位相回復計算を融合した再構成アルゴリズムを開発した。本手法では、原理的には必要な角度数を(Crowther limit)/(分割層数)まで低減させることが可能である。開発した位相回復計算法を利用して、スチレン・ブタジエンゴムと金ナノ粒子から構成される3次元モデルを利用した計算機シミュレーションを行ったところ、3次元再構成に必要な測定角度数がCrowther limitの1/6程度の場合、-5°～ 5°の制限角度下での測定を想定した場合の両方において、FBPや加算型ARTなどの従来法に比べ、信頼性の高い試料像の再構成が可能であることが明らかとなった。また、SPring-8においてIntel社製CPUのタイコグラフィ測定を21の試料角度で行い、新たに開発した計算法を利用した再構成計算を実行したところ240 nm間隔で配置された多層配線の微細構造を可視化することに成功した。開発したアルゴリズムと現在、建設が計画されている東北放射光でのタイコグラフィ測定により、目標とする視野・分解能を両立した3次元観察が現実的な時間で達成可能になると期待される。

観察領域100×100×100 um3、空間分解能10×10×10 nm3での3次元観察を行うためには、Crowther limitの見積もりから30000を超える試料角度での測定が必要となり、1方向のタイコグラフィ測定で1時間程度要している現状では、実現不可能であることが明らかとなった。そこで、解析的に再構成に必要な測定角度数を低減することが可能か検討した。通常の3次元再構成計算法では、各角度で測定した試料全体の投影像から3次元像を再構成するため、マルチスライス位相回復計算で再構成された複数層の試料像から3次元再構成する場合には、各層を積算する必要があった。そこで、各層を積算することなく3次元再構成するために、逐次近似法とマルチスライス位相回復計算を融合した再構成アルゴリズムを開発した。本手法では、原理的には必要な角度数を(Crowther limit)/(分割層数)まで低減させることが可能である。開発した位相回復計算法を利用して、スチレン・ブタジエンゴムと金ナノ粒子から構成される3次元モデルを利用した計算機シミュレーションを行ったところ、3次元再構成に必要な測定角度数がCrowther limitの1/6程度の場合、-5°～ 5°の制限角度下での測定を想定した場合の両方において、FBPや加算型ARTなどの従来法に比べ、信頼性の高い試料像の再構成が可能であることが明らかとなった。また、SPring-8においてIntel社製CPUのタイコグラフィ測定を21の試料角度で行い、新たに開発した計算法を利用した再構成計算を実行したところ240 nm間隔で配置された多層配線の微細構造を可視化することに成功した。開発したアルゴリズムと現在、建設が計画されている東北放射光でのタイコグラフィ測定により、目標とする視野・分解能を両立した3次元観察が現実的な時間で達成可能になると期待される。