金属コロイド粒子による散乱強調を利用した高感度機能的生体光断層画像計測

利用金属胶体颗粒散射增强的高灵敏度功能光学断层成像测量

基本信息

批准号：
16656121
负责人：
門野博史
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,金属コロイド粒子を生物試料に注入することを提案しこれにより、生体の断層画像および生命活動に伴う極微弱な光信号の変化を増倍しコントラスト増強など画像の改善を試み、従来観測不可能であった生体の内部情報を観測可能とすることを目的とする。まず、生体に安全な金属コロイド粒子として、生体組織のラベリングなどに用いられており比較的生体に無害な金属として金コロイドを選択した。この金コロイド粒子に対してその散乱特性をミー理論に基づいて理論解析をおこなった結果、特定のサイズパラメータを満たすとき特異的な散乱光強調が生じることを確かめた。さらにこのことを基礎実験により確認した。金コロイド粒子濃度が0.04%という非常に低濃度においても数倍の散乱光強調が得られることを確認した。基礎実験結果に基づいて、光コヒーレンストモグラフィ法(OCT法)による断層画像計測システムの構築をおこなった。光源として生体組織に可視光よりも深くまで侵入可能な近赤外光源(830nm)を用いた。疑似生体組織としてアガロースを用いて、金コロイド粒子を含む層と含まない層よりなる試料を作成した。この試料を用いて断層画像を計測した結果、金コロイド粒子を含む層を明瞭なコントラスト差により分離認識可能であることを確認した。比較的表層あるいは植物の葉など薄物体に対して動作可能なCCDを用いたフルフィールド観察系を提案し構築した。この光学系に有効な信号処理法を提案し、実際に植物に対してその有効性を実験により検証した。その結果、金コロイド粒子を吸収した試料からはより明瞭な断層画像が得られ、本方法が画質改善に有効であることがわかった。本手法を植物に適用すると、動物の生体機能だけでなく、環境汚染の植物への影響等の高感度モニター法として応用可能である。

在这项研究中，我们提出将金属胶体颗粒注入生物样品中，从而尝试通过放大活体的断层图像以及与生物活动相关的极弱光信号的变化来改善图像，并增强对比度，从而使之成为可能。观察以前无法观察到的生物体内部信息。首先，选择胶体金作为对生物体安全的金属胶体颗粒，用于标记生物组织，对生物体相对无害。基于米氏理论对这些胶体金颗粒的散射特性进行了理论分析，结果证实，当满足特定的尺寸参数时，会发生特定的散射光增强。通过基础实验进一步证实了这一点。我们证实，即使在0.04%的极低金胶体颗粒浓度下，也可以获得数倍的散射光增强。基于基本实验结果，我们构建了使用光学相干断层扫描（OCT）的断层图像测量系统。使用比可见光更深入活体组织的近红外光源（830 nm）作为光源。使用琼脂糖作为模拟生物组织，制备由含有胶体金颗粒的层和不含有胶体金颗粒的层组成的样品。使用该样品测量断层图像的结果证实，可以基于明显的对比度差异来分离和识别含有胶体金颗粒的层。我们提出并构建了一个使用 CCD 的全视场观察系统，可以对相对表面的物体或植物叶子等薄物体进行操作。我们提出了一种对该光学系统有效的信号处理方法，并通过实验验证了其在植物上的有效性。结果，吸收胶体金颗粒的样品获得了更清晰的断层图像，表明该方法可以有效提高图像质量。当这种方法应用于植物时，它可以作为一种高灵敏度的方法，不仅可以监测动物的生物学功能，还可以监测环境污染对植物的影响。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Statistical interferometry-randomness as a standard

统计干涉测量——以随机性为标准

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Proc.10th jubilee national congress on theoretical and applied mechanics
影响因子：
0
作者：
H.Kadono;S.Toyooka
通讯作者：
S.Toyooka

Determination of 3D particle location in fluid using illumination having sinusoidal intensity modulation

使用正弦强度调制照明确定流体中的 3D 粒子位置

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Proc.2004 ICO International Conference Optics & Photonics in Technology Frontier
影响因子：
0
作者：
H.Kadono;M.Mizunaka;S.Toyooka
通讯作者：
S.Toyooka