生体硬組織診断のためのテラヘルツ・カラーCTに関する基礎研究

太赫兹彩色CT诊断生物硬组织的基础研究

基本信息

批准号：
21650111
负责人：
安井武史
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokushima (2010)Osaka University (2009)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

生体硬組織の診断では、内部構造を3次元的に可視化するX線CTが一般に用いられる。しかし、X線CTで取得される画像は一般に単色の濃淡図(白黒)であるため、X線吸収を介して幾何学的な構造情報は取得できるものの、単色の濃淡情報から取得可能な情報には限界がある。もし、このようなCT技術をカラー画像化できれば、分光学的手法に基づいた成分分析が可能となり、幾何学的構造以外の様々な生体情報(化学構造、結晶構造など)が取得可能になる。本研究では、良好な物質透過性、極低侵襲性、広帯域スペクトル、分光計測やイメージング計測が可能といった特徴を有するパルス状テラヘルツ電磁波(THzパルス)に着目し、これを用いた高速THzカラーCTの開発を行う。昨年度は、位相整合条件を満たすようにパルスフロントを傾斜させたポンプビームで高効率非線形光学結晶からチェレンコフ放射を引き起こすことにより、従来法に対して、THz電場で50倍の増大を実現した。そこで、今年度は、この高出力THzパルスを用いて、高速THzカラーCT装置を構築した。開発装置では、発生させた高出力THzパルスを円筒レンズでサンプルに線集光し、サンプル透過THzビームに対して実時間2次元THz時空間イメージング光学系を適用することにより、THzカラーのライン投影イメージがリアルタイムで取得できる。したがって、THz線集光ビームがサンプル断面を横切るような光学配置を用いると、サンプルの連続回転のみで2次元断層イメージが取得できる。その結果、最短6秒での2次元断層イメージ取得に成功している。これは、点計測で機械式時間遅延走査を用いた従来THz-CT装置に対して、100倍以上の高速化が実現できていることになる。さらに、分光学的特性を有するサンプルに対して本装置を適用し、良好な結果を得た。

X 射线 CT 可实现内部结构的三维可视化，常用于生物硬组织的诊断。然而，X射线CT获得的图像一般为单色灰度图（黑白），因此虽然可以通过X射线吸收获得几何结构信息，但从单色灰度信息中获得的信息有其局限性。如果这种CT技术能够用于创建彩色图像，那么基于光谱方法的成分分析将成为可能，并且可以获得除几何结构（化学结构、晶体结构等）之外的各种生物信息。本研究重点关注脉冲太赫兹电磁波（THz脉冲），其具有材料渗透性好、侵入性小、频谱宽带、能够进行光谱和成像测量等特点，并以此开发高速太赫兹电磁波。进行彩色CT。去年，我们通过使用具有倾斜脉冲前沿的泵浦光束从高效非线性光学晶体中感应切伦科夫辐射以满足相位匹配条件，实现了太赫兹电场比传统方法增加了50倍。因此，今年，我们利用这种高输出太赫兹脉冲构建了高速太赫兹彩色CT设备。所开发的装置利用柱面透镜将产生的高功率太赫兹脉冲聚焦到样品上，并将实时二维太赫兹时空成像光学系统应用于样品传输的太赫兹光束，以投影太赫兹彩色线，从而获得图像。实时。因此，如果使用太赫兹聚焦光束穿过样品横截面的光学装置，则可以简单地通过连续旋转样品来获得二维断层图像。结果，我们成功地在短短 6 秒内获取了二维断层图像。这比传统的太赫兹-CT设备快100倍以上，传统的太赫兹-CT设备使用机械延时扫描进行点测量。此外，我们将该装置应用于具有光谱特性的样品，并获得了良好的结果。