開口マスキング波面計測補償光学による深部生細胞4Dライブイメージングの実現

使用孔径掩蔽波前测量自适应光学器件实现深层活细胞的 4D 实时成像

• 批准号: 22K04961
• 负责人: 三浦 則明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04961/
• 关键词: 補償光学; 開口マスク; 隣接相関; 生物顕微鏡; ライブイメージング; 波面計測; 開口マスキング

開口マスキング補償光学(AO)顕微鏡のための光学系の設計を行った。従来開発してきたAO顕微鏡の波面センサー部分の直前でビームを分割し、コリメートした後開口マスクを通し、再結像させる。その際に必要となるレンズ等のパラメータを決定し、必要な物品を購入した。現在北見工大の実験装置に光学系の追加設置を進めているところである。開口マスク製作すれば比較的早期にAO動作を実現できる状況にある。開口マスクに空ける孔のパターンとゼルニケ多項式の項数との関連を調べるため、計算機シミュレーションを行った。当初想定していた孔の数、および配置パターンで実験を始めるのが最適であることが分かった。また、これと並行してセンサレス法の実装も行った。開口マスク法では大きな揺らぎに対応できないため、他の方法と併用する必要がある。センサレス法で低次の大きな揺らぎを除去して、その後開口マスク法を適用することを想定している。上記の研究と並行して、隣接相関を用いた波面推定法の開発も進めた。宇都宮大学で植物の観察実験を行った結果、従来相関に比較して隣接相関を用いた場合の方が安定して波面補償が働くことを確認した。また、興味のある領域のみ用いて波面補償を行うROI選択機能を実装した。この機能を用いれば、サブアパーチャ間の相関がさらに向上することを確認した。全般に、蛍光を用いた実験（テスト物体および植物）は良好な結果が得れれているが、明視野での観察の場合にはさらなる改良が必要となることが分かった。隣接相関による波面補償の原理と植物の観察実験の結果をまとめて、論文として投稿した。

我们设计了用于孔径掩模自适应光学 (AO) 显微镜的光学系统。光束在传统开发的 AO 显微镜的波前传感器部分之前被分开、准直，然后穿过孔径掩模以重新成像。我们决定了镜头的参数和其他需要的物品，并购买了必要的物品。我们目前正在北见工业大学的实验设备中安装额外的光学系统。如果制造孔径掩模，则可以相对快速地实现AO操作。通过计算机模拟来研究孔径掩模中的孔图案与泽尼克多项式中的项数之间的关系。我们发现最好从我们最初设想的孔的数量和排列模式开始实验。与此同时，我们还实现了无传感器方法。由于孔径掩模法无法处理较大的波动，因此必须与其他方法结合使用。假设采用无传感器方法去除大的低阶波动，然后应用孔径掩模方法。在进行上述研究的同时，我们还开发了使用相邻相关性的波前估计方法。宇都宫大学对植物进行的观察实验结果证实，与传统相关法相比，使用相邻相关法时波前补偿的工作更加稳定。我们还实现了 ROI 选择功能，仅使用感兴趣的区域执行波前补偿。我们证实，使用此功能可以进一步提高子孔径之间的相关性。总的来说，使用荧光的实验（测试对象和植物）已经取得了良好的结果，但人们发现明场观察还需要进一步改进。总结了相邻相关波前补偿原理和植物观测实验结果，并以论文形式提交。