中赤外光を用いた光超音波ハイパースペクトラルイメージング

使用中红外光的光学超声高光谱成像

• 批准号: 22K18785
• 负责人: 松浦 祐司
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18785/
• 关键词: 光音響分光法; 光超音波; 中赤外光イメージング; 赤外分光法; 生体分光分析

本研究はパルス変調した中赤外光を生体組織に照射した際に，組織内部で発生する超音波を検出することにより，生体分子のスペクトル情報と，ビームスキャンによる面内構造情報の両方を含むハイパースペクトル画像を得る手法のフィジビリティスタディーを行うことを目的とする．今年度は基礎的検討として，はじめに生体組織のスペクトル取得を行った．サンプルとしては，生体模擬試料としてブドウ糖を添加したゼラチンや，ヒト耳たぶなどを対象とし，波長8～10ミクロンで発振する波長可変QCLを使用し，試料内部で発生した超音波は，サンプル表面に押し付けた圧電セラミクス（PZT）トランスデューサで検出した．得られた分光スペクトルについて，ATR法によって得られたスペクトルと比較した結果，吸収係数に対して非線形なスペクトルが得られたが，多変量解析などを用いれば特定成分の濃度変化を検出可能なことがわかった．また，試料の厚さを変化させると，試料中の超音波の波長に応じて発生する定在波が生じ，その条件下では非常に強力な信号が得られることがわかり，本手法の感度向上が可能なことがわかった．さらに，励起用の中赤外レーザ光を２次元的に走査するシステムを構築し，生体試料のハイパースペクトル画像の取得を試みた．試料は牛肉片とし，あらかじめ測定した筋肉と脂肪の標準試料のスペクトルを用い，試料の測定点ごとの成分を判別分析することにより，成分に応じた画像の取得に成功したため，本手法の将来的な実用性についての見通しが示された．

This study aims to detect the ultrasonic waves generated inside the tissues when irradiated with light, and to detect the in-plane structural information of the biological molecules. This year's basic research and development, the biological tissue of the tree to obtain the line. In vivo simulation, the sample is prepared by adding sugar to the sample, and the sample is prepared by using a QCL with a wavelength of 8 to 10. The sample is prepared by using an ultrasonic wave generated inside the sample, and the sample surface is prepared by using a PZT. The absorption coefficient is determined by the ATR method, and the concentration of specific components is determined by the ATR method. When the thickness of the sample changes, the wavelength of the ultrasonic wave in the sample will be generated at a certain time. Under certain conditions, the signal will be very strong. The sensitivity of this method will be upward. In addition, the use of excitation in the red light of the two-dimensional study of the system to construct, biological samples of the system to obtain images of the test. The test sample is beef slice, and the determination of the standard sample of muscle and fat is carried out. The determination point and composition of the test sample are discriminated and analyzed. The successful acquisition of the composition profile shows the future applicability of the method.

项目成果

超音波トランスデューサを用いた光音響分光法による生体成分イメージングの試み

尝试使用超声波换能器利用光声光谱对生物成分进行成像

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中望実;松浦祐司
• 通讯作者: 松浦祐司

超音波検出に基づく中赤外光音響分光法を用いたハイパースペクトルイメージングの試み

基于超声检测的中红外光声光谱高光谱成像尝试

• 发表时间: 2023
• 作者: 田中望実;木野彩子;松浦祐司
• 通讯作者: 松浦祐司

中赤外光超音波 分光法による生体分析における感度向上の検討

提高中红外超声光谱生物分析灵敏度的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐々木亮太;木野彩子;松浦祐司
• 通讯作者: 松浦祐司

Mid-infrared photoacoustic spectroscopy using piezoelectric transducer

使用压电换能器的中红外光声光谱

• 发表时间: 2023
• 作者: R. Sasaki;S. Kino;Y. Matsuura
• 通讯作者: Y. Matsuura

Healthcare-monitoring systems using mid-infrared light

使用中红外光的医疗保健监测系统

• DOI: 10.11470/photo.220203
• 发表时间: 2022
• 期刊: Photonics Review
• 作者: T. Noguchi;T. Matsumoto;A. Miyake;Y. Igami;M. Haruta;H. Saito;S. Hata;Y. Seto;M. Miyahara;N. Tomioka;H. A. Ishii;J. P. Bradley;K. Ohtaki;E. Dobrică;H. Leroux;C. Le Guillou;D. Jacob;...;A. Tsuchiyama;...;M. Matsumoto;and others;Y. Matsuura
• 通讯作者: Y. Matsuura