Development of coherent Raman scattering microendoscope and application to unstained in-situ diagnosis

相干拉曼散射显微内窥镜的研制及其在未染色原位诊断中的应用

基本信息

批准号：
21H04950
负责人：
橋本守
金额：
$ 27.29万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04950/
关键词：
非線形ラマン散乱無標識イメージング顕微内視鏡内視鏡

项目摘要

色素の静脈投与なしに癌を内視鏡検査で確定診断するために，上部消化管内視鏡(胃カメラ)の鉗子孔に挿入可能な非線形ラマン散乱プローブ顕微内視鏡の開発を目指している．非線形ラマン散乱の一種であるコヒーレント反ストークスラマン散乱（CARS）を用いることで，無染色・高空間分解能・高速な細胞，細胞核の形状観測を可能とする．本年は，CARSプローブ顕微内視鏡におけるキーデバイスである，2波長板（DWP）の設計を行なった．DWPは，直交する偏光を持つ２波長の励起光を，互いに平行な偏光へと変換するデバイスである．このために，709 nmnの励起光に対してはリタデーションをゼロとし，888 nmの励起光に対してはλ/2となるように設計する必要がある．２波長に対してこのような特性を持つ波長板は，2種類の１軸性結晶を用いれば可能であるが高コストとなるため，1種類の結晶で設計可能かシミュレーションした．結晶には水晶を用い，発生するCARS光強度を最大となるように結晶の厚さを最適化したところ，0.1980 mmで，完全に平行な光を用いて励起した際の99%のCARS信号が得られることが分かった．また，同様に90%以上のCARS信号が得られるラマンシフト領域は，2,530 to 2,980 cm-1であることが分かった．したがって，このDWPでCH伸縮振動に対応する高波数領域のCARS信号を十分取得できることが分かった．また，励起光源としてファイバーレーザーベースの光源を作成し1550 nmでのパルス発振を確認できた．これまでに開発してきた原理検証システムを用いて，ポリスチレンビーズや培養細胞やラット組織の観測を行なった．ポリスチレンビーズの観測は行えたが，培養細胞や組織のCARS信号を得ることはできなかった．

为了通过内窥镜检查而无需静脉注射染料来明确诊断癌症，我们的目标是开发一种可插入上消化道内窥镜（胃摄像机）镊子孔中的非线性拉曼散射探针显微内窥镜。通过使用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）（一种非线性拉曼散射），可以在不染色的情况下以高空间分辨率高速观察细胞和细胞核的形状。今年，我们设计了双波长板（DWP），它是CARS探针显微内窥镜中的关键器件。 DWP是将两个波长正交偏振的激发光转换为相互平行偏振的装置。为此，需要将709 nm激发光的延迟设计为0，将888 nm激发光的延迟设计为λ/2。可以使用两种类型的单轴晶体来创建具有两种波长的这种特性的波片，但成本会很高，因此我们进行了模拟，看看是否可以使用一种类型的晶体来设计它。晶体使用石英晶体，并且优化了晶体的厚度，以最大限度地提高生成的 CARS 光的强度。我发现，在 0.1980 mm 处，当使用完全平行光激发时，可以获得 99% 的 CARS 信号。我能拿到。另外，同样地得到90％以上的CARS信号的拉曼位移区域为2,530～2,980cm-1。因此，我们发现该DWP可以充分获取与CH伸缩振动对应的高波数区域的CARS信号。我们还创建了基于光纤激光器的光源作为激发光源，并确认了 1550 nm 的脉冲振荡。使用我们迄今为止开发的原理验证系统，我们观察了聚苯乙烯珠、培养细胞和大鼠组织。尽管我们能够观察到聚苯乙烯珠，但我们无法从培养的细胞或组织中获得 CARS 信号。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Ybファイバーレーザーを用いた第二高調波発生関節鏡の開発

镱光纤激光器二次谐波发生关节镜的研制

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
松田陸;橋本守
通讯作者：
橋本守

Near real-time nerve visualization using coherent Raman scattering rigid endoscope and deep learning-based image processing for nerve-sparing surgery

DOI：
10.1117/12.2609483
发表时间：
2022-03
期刊：
影响因子：
0
作者：
N. Yamato;H. Niioka;J. Miyake;M. Hashimoto
通讯作者：
N. Yamato;H. Niioka;J. Miyake;M. Hashimoto

Ultrahigh-speed multiplex coherent anti-Stokes Raman scattering microspectroscopy using scanning elliptical focal spot

使用扫描椭圆焦点的超高速多重相干反斯托克斯拉曼散射显微光谱

DOI：
10.1063/5.0063987
发表时间：
2021
期刊：
The Journal of Chemical Physics
影响因子：
0
作者：
Kizawa Shun;Hashimoto Mamoru
通讯作者：
Hashimoto Mamoru

非線形ラマン散乱を用いた顕微内視鏡の開発

利用非线性拉曼散射开发显微内窥镜

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kawasaki Hiroki;Shimogouchi Yuki;Saito Soma;Sugimoto Yu;Higa Mitsuru;橋本守
通讯作者：
橋本守

非線形ラマン散乱硬性内視鏡と深層学習による神経イメージング装置の開発

利用非线性拉曼散射硬性内窥镜和深度学习开发神经成像设备

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
飯田里砂子;田中佑樹;小椋康光;大和尚記，新岡宏彦，三宅淳，橋本守
通讯作者：
大和尚記，新岡宏彦，三宅淳，橋本守

DOI：
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0
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通讯作者：
Chikako Ninagawa，Hirohiko Niioka，Tsutomu Araki，Mamoru Hashimoto