山岡 禎久, 能塚 雄介, 山本 壮里, 高橋 英嗣

Yoshihisa YAMAOKA, Yusuke NOTSUKA, Akisato YAMAMOTO, Eiji TAKAHASHI

佐賀大学工学系研究科先端融合工学専攻

Department of Advanced Technology Fusion, Saga University

キーワード :

【背景】
光音響イメージングは生体深部を高コントラストに観察するための光と超音波の融合技術である．光音響信号は分子吸収によって発生するため，適切な波長を選んだり，多波長励起によるスペクトルアンミキシングをしたりすることにより，分子特異的な可視化が可能である．例えば，酸素化，脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルは異なるため，多波長励起により酸素飽和度，血流量可視化による機能イメージングが可能である．また，光音響波はエネルギー吸収量に比例して発生するため，定量的な評価が可能である．このように光音響イメージングは近年注目されているが，医療応用するためには空間分解能やイメージコントラストの向上など更なる技術向上が望まれている．
【目的】
光音響イメージングは，生体の浅い部分から深い部分までをできるだけ性能を落とさずに可視化できるスケーラブルな技術である．本研究では，比較的浅い生体深部（ミリメートルオーダーの深部）を観察することができる光音響顕微鏡に関して，空間分解能，コントラストの向上を目指した技術に関して紹介する．特に，深さ空間分解能向上を目指した2光子吸収との融合技術，横空間分解能，コントラストの向上を目指した透過型液晶補償光学素子との融合技術に関して解説する．
【実験及び結果】
2光子吸収と光音響顕微鏡を組み合わせたイメージング装置を試作し，性能評価を行った．イメージング速度を向上させるために，焦点可変液体レンズを導入した光音響顕微鏡を試作した．2光子吸収色素溶液で満たした中空シリコーン断面を測定した結果，高周波光音響トランスデューサを用いることなく，光学的分解能を有する可視化が可能であることが分かった．また，ステッピングモーターのみを使用したものに比べて，液体レンズを用いることにより，約10倍のイメージング速度向上が可能であることが分かった．更に，透過型液晶素子を用いた光音響顕微鏡装置において，波面補正を行うことにより，USAFテストターゲット，組織切片，ラット耳血管走行を対象として，光音響画像化を行った．結果として，補償光学素子を用いることにより，空間分解能，画像コントラストの向上が可能である．
【結論】
光音響顕微鏡はミリメートルを超える生体深部を高コントラストに可視化する技術として，近年注目されている．特に，非線形光学現象の1つである2光子吸収と組み合わせた技術は，生体深部観察に不利な光音響波の高周波成分を検出することなく，光学的分解能を得ることができる．また，透過型補償光学素子による波面歪み補正は，深部での空間分解能，コントラストを向上させることができるため，光イメージングと同様に光音響イメージングにおいても重要であることを明らかにしている．