携帯型OCT計測システムによる植物育成環境センシング手法の確立

便携式OCT测量系统植物生长环境传感方法的建立

基本信息

批准号：
15780166
负责人：
椎名達雄
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

携帯型光計測システムを用いた植物育成・生態環境センシング手法の確立を目指し、低コヒーレンス干渉断層画像法(Optical Coherence Tomography : OCT)による植物計測システムの開発を行った。計測深度40mm、速度変動率3%以下で、かつ繰り返し計測周波数を可変できる、可変光路拡大機構を考案しシステムへ導入している。高精度な計測対象の位置決めが必要なくなり、システムの簡易化、安定性の向上、及び不定形サンプルを対象とした計測が可能となった。特に植物のように、大きさや形が不揃いな果実、発芽・開花といった育成に伴う形態の変化を計測する上で長深度計測は効果的である。また、光ファイバ光学系によりシステムの小型・軽量化をはかり、計測対象への落射光導入の自由度も大きい。開発したOCTシステムを用いて、実際の植物計測を試みた。果実や野菜等の表皮内部構造の計測では組織の生長方向による違いや細胞の大きさに依存した計測波形の特徴的な変化を判断することができた。野菜の表皮腐敗に伴うOCT計測結果と製品価値との相関を考察した。また、水分含有量の違いによる組織・構造変化の計測を行い、焦点調整をせずにダイナミックに変化する植物細胞の応答をモニタすることができた。植物の生理学的な内部応答の例として、種子発芽の際の成長の様子を時間を追って計測し、顕微鏡観察では得られない、植物の動的な活動を計測できることを確認した。携帯型OCT植物計測システムとしての開発には成功したものの課題も残されている。長深度計測を優先させたことで落射ビーム径の大きさが原因となって、計測で得た断層像の分解能が十分ではない。長深度計測範囲を保持したままビーム径を小さくする落射光学系を考察しており、解析によってその有効性を確認している。今後その分解能向上をはかるとともに、得られる断層画像と植物生理化学反応との対応を考察し、植物計測データの統計的な評価を行う予定である。

为了使用便携式光学测量系统建立植物生长和生态环境感测方法，我们使用低稳固性相干断层扫描（OCT）开发了植物测量系统。已设计并引入了可变的光路扩展机制，其测量深度为40 mm，速度波动率小于3％，并且可重复的测量频率。不再需要定位高度准确的测量对象，从而可以简化系统，提高稳定性并衡量不规则样品。特别是，较长的深度测量值可有效地测量植物中不均匀的水果，以及与生长相关的形态变化，例如发芽和开花。此外，光纤光学元件有助于降低系统的尺寸和重量，并且在测量对象中引入Epi-Light的自由度也很高。我们试图使用开发的OCT系统进行实际的植物测量。测量水果和蔬菜表皮的内部结构，使我们能够根据细胞的大小确定组织生长方向的差异以及测得的波形的特征变化。我们检查了与蔬菜表皮腐烂相关的OCT测量结果与产品价值相关的相关性。此外，测量了由于水含量差异而引起的组织和结构变化，并监测了动态改变而无需调整焦点的植物细胞的响应。作为植物内部生理反应的一个例子，我们测量了随着时间的流逝，种子发芽期间的生长，并确认可以测量植物的动态活性，这是无法通过微观观察获得的。尽管它已经成功地开发了一种便携式OCT工厂测量系统，但仍然存在挑战。给出了长时间测量的优先级，并且epi射击光束直径的大小是由于通过测量获得的断层图像分辨率不足所致。正在检查一个降低梁直径的同时维持长深度测量范围的表 - 辐射光学系统，并且通过分析证实了其有效性。将来，我们将旨在改善分辨率，考虑所获得的层析成像图像与植物生理化学反应之间的对应关系，以及对植物测量数据的统计评估。