研究者データベース

加藤 祐次(カトウ ユウジ)
情報科学研究院 生命人間情報科学部門 バイオエンジニアリング分野
助教

基本情報

所属

  • 情報科学研究院 生命人間情報科学部門 バイオエンジニアリング分野

職名

  • 助教

学位

  • 博士(工学)(東北大学)

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J-Global ID

研究キーワード

  • 光CT   光散乱   散乱   中空導波路   後方散乱光   音響光学効果   赤外ファイバー   光生体計測   低コヒーレント干渉法   近赤外   低コヒーレント光干渉法   高分子薄膜   センサー   光薄膜   超音波   多重共鳴吸収   超音波変調法   音響光学特性   生体光計測   時間分解解析   近赤外光   生体透視   光拡散   近軸散乱光   snake photon   生体計測   誘電体内装中空導波路   医用画像   最小侵襲医療   断層イメージング   

研究分野

  • ライフサイエンス / 生体材料学
  • ライフサイエンス / 生体医工学
  • ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学

職歴

  • 2007年04月 - 現在 北海道大学大学院情報科学研究科 助教
  • 2004年04月 - 2007年03月 北海道大学大学院情報科学研究科 助手
  • 1998年04月 - 2004年03月 北海道大学大学院工学研究科 助手
  • 1995年10月 - 1998年03月 北海道大学工学部 助手
  • 1994年04月 - 1995年09月 東北大学工学部 助手

学歴

  • 1989年04月 - 1994年03月   東北大学   大学院工学研究科   電気及通信工学専攻
  • 1985年04月 - 1989年03月   東北大学   工学部   通信工学科

所属学協会

  • 応用物理学会   電子情報通信学会   レーザー学会   日本生体医工学会   

研究活動情報

論文

  • Matsumura, K., Toda, S., Kato, Y.
    IEEE Access 8 2020年 [査読有り][通常論文]
  • Nishida, K., Kato, Y., Kudo, N., Shimizu, K.
    Optics and Lasers in Engineering 126 1 - 11 2020年 [査読有り][通常論文]
  • Toda, S., Kato, Y., Kudo, N., Shimizu, K.
    Japanese Journal of Applied Physics 58 3 2019年 [査読有り][通常論文]
     
    © 2019 The Japan Society of Applied Physics. For transillumination imaging of animal tissue, we have developed a technique to suppress the scattering effect in a turbid medium using the time-reversal principle of phase-conjugate light. In biomedical applications of this technique, the effects of absorption variation and the applicable tissue thickness must be clarified. Analysis of experimental data revealed that the scattering suppression capability of the proposed technique is independent of the absorption change of a turbid medium. Results also verified that the applicable thickness of animal tissue can be extended using a light source with greater coherence length.
  • Toda, S., Kato, Y., Kudo, N., Shimizu, K.
    Biomedical Optics Express 9 4 1570 - 1581 2018年 [査読有り][通常論文]
     
    For transillumination imaging of animal tissues, we have attempted to suppress the scattering effect in a turbid medium using the time-reversal principle of phase-conjugate light. We constructed a digital phase-conjugate system to enable intensity modulation and phase modulation. Using this system, we clarified the effectiveness of the intensity information for restoration of the original light distribution through a turbid medium. By varying the scattering coefficient of the medium, we clarified the limit of time-reversal ability with intensity information of the phase-conjugate light. Experiment results demonstrated the applicability of the proposed technique to animal tissue.
  • Yamakoshi, Y., Matsumura, K., Yamakoshi, T., Lee, J., Rolfe, P., Kato, Y., Shimizu, K., Yamakoshi, K.-I.
    Journal of Biomedical Optics 22 6 2017年 [査読有り][通常論文]
     
    The aim of this study was to discover a simple/convenient geometrical arrangement of radiation sources and detector to acquire finger-photoplethysmograms (PPGs) with wavelength regions of blood glucose (BGL) absorption, toward practical noninvasive BGL measurement. First, we compared PPGs with three wavelengths: 808 nm (without water absorption), 1160 nm (with weak water absorption), and 1600 nm (with nearly peak BGL absorption and strong water absorption), while the source-detector spacing was successively increased circumferentially around a fingertip. In 10 healthy subjects, we observed clear cardiac-related pulsatile components of PPG signals at 808 and 1160 nm in any incident positions with more than 15 dB of signal-to-noise ratio (S/N), but reliable PPG detections at 1600 nm with more than 10 dB of S/N was only possible when the source-detector distance was less than 3mm around the fingertip circumference. Second, with this arrangement, an experiment was performed using six wavelengths to cover glucose absorption bands (from 1550 to 1749 nm), obtaining pulsatile PPG signals with more or less 15 dB of S/N. Through the present experiments, this orthogonal arrangement of the source and detector to detect forward-and side-scattered radiation through the tissue is appropriate for PPG measurements with wavelength regions where there is potential for BGL measurement. (C) The Authors. Published by SPIE under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.
  • Toda, S., Kato, Y., Kudo, N., Shimizu, K.
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 54 PROC 2016年 [査読有り][通常論文]
  • 佐々木 洋天, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 514 41 - 46 一般社団法人電子情報通信学会 2015年03月 [査読無し][通常論文]
     
    経皮蛍光イメージングにおける劣化画像の復元には,点拡がり関数(PSF)による画像処理が有効である.我々は,より実用的な応用を考慮し,円柱形状をはじめとする任意形状の散乱媒質におけるPSFを導出し,蛍光体3次元イメージングへの応用を行っている.今回,任意の内部蛍光体に対応するため,PSFの直交性を利用した,新たな断層像再構成手法を開発した.シミュレーションおよび実験によりその有効性を確認した.
  • 田中 宏幸, 浪田 健, 加藤 祐次
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 514 35 - 40 電子情報通信学会 2015年03月 [査読無し][通常論文]
  • 関 大輔, 浪田 健, 加藤 祐次
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 514 47 - 52 電子情報通信学会 2015年03月 [査読無し][通常論文]
  • Kazuhiro Nishida, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 9319 2015年 [査読有り][通常論文]
     
    We have proposed a new nonlinear inversion technique to estimate the spatial distribution of the absorption coefficient (μa) in the depth direction of a turbid medium by spatially resolved backscattering measurement. With this technique, we can obtain cross-sectional image of μa as deep as the backscattered light traveled even when the transmitted light through the medium cannot be detected. In this technique, the depth distribution of absorption coefficient is determined by iterative calculation using the spatial path-length distribution (SPD) of traveled photons as a function of source-detector distance. In this calculation, the variance of path-length of many photons in each layer is also required. The SPD and the variance of path-length are obtained by Monte Carlo simulation using a known reduced scattering coefficient (μs€™). Therefore, we need to know the μs€™ of the turbid medium beforehand. We have shown in computer simulation that this technique works well when the μs€™ is the typical values of mammalian body tissue, or 1.0 /mm. In this study, the accuracy of the μa estimation was analyzed and its dependence on the μs€™ was clarified quantitatively in various situations expected in practice. 10% deviations in μs€™ resulted in about 30% error in μa estimation, in average. This suggested that the measurement or the appropriate estimation of μs€™ is required to utilize the proposed technique effectively. Through this analysis, the effectiveness and the limitation of the newly proposed technique were clarified, and the problems to be solved were identified.
  • チャン チュン ギア, 山本 航平, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 114 79 71 - 76 一般社団法人電子情報通信学会 2014年06月 [査読無し][通常論文]
     
    光による三次元生体透視イメージングの実現をめざし,生体透視像の散乱抑制法および二次元透視像からの三次元像再構成法を考案した.また,内部構造が未知の場合に対応する新たな散乱抑制再構成法を考案した.生体模擬試料および実験用小動物を用い,これらの手法の妥当性および有効性を検証した.これらの解析をとおし,マウス腹部臓器の三次元像再構成が行えることを実証した.
  • 山本航平, TRAN Trung Nghia, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 113 499(MBE2013 115-148) 115 - 120 一般社団法人電子情報通信学会 2014年03月17日 [査読無し][通常論文]
     
    近赤外光による透視イメージングをめざし,体内蛍光源に対して導出した点拡がり関数(PSF)を吸光像にも適用する新たな方法を考案した.シミュレーションおよびファントム実験をとおし,従来手法で問題となっていた形状復元に関して,提案手法により形状復元性能が向上することを確認した.次に生体透視像へ提案手法を適用し,その適用可能性と有用性を実証した.また,深さが未知の吸光像に対して提案手法を適用させるため,吸収体深さ推定法を新たに考案した.生体模擬試料を用いた実験により,提案手法の妥当性を実証した.
  • 小川 大貴, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 113 499 121 - 126 一般社団法人電子情報通信学会 2014年03月10日 [査読無し][通常論文]
     
    経皮蛍光イメージングにおける劣化画像の復元には,点拡がり関数(PSF)によるデコンボリューション処理が有効である.円柱拡散体の場合,2次元PSFが非円対称となり,単純な2次元デコンボリューションでは,復元形状が不完全であった.そこでこのPSFを円対称と非円対称成分に分割した新たな形状復元手法を開発した.シミュレーションおよび実験によりその有効性を確認するとともに,生体組織への適用可能性を検証した.
  • 夏目 裕也, 浪田 健, 加藤 祐次, 北間 正崇, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 113 499 127 - 131 一般社団法人電子情報通信学会 2014年03月10日 [査読無し][通常論文]
     
    人工透析療法に用いられる内シャント光透視イメージングをめざし,実測点拡がり関数(PSF)を用いた体内吸光像改善手法を考案した.本手法では,内シャント付近に蛍光標識をあらかじめ留置することでPSFを実測により求め,それを用いて体内吸光像の画像改善を行う.まず,実測PSFの有効性を確かめた.次に,提案手法の有効性を生体模擬試料と生体組織を用いて実験的に検証した.
  • 大場 一寛, 横山 直弥, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 113 499 109 - 114 一般社団法人電子情報通信学会 2014年03月 [査読無し][通常論文]
     
    これまで,後方散乱光を用いた生体断層イメージングの実現をめざし,再構成方法の簡便な吸収係数分布推定法を考案し,シミュレーションおよび実験によりその有効性を確認してきた.この方法では,推定精度向上のために,対象の正確な散乱特性の情報が不可欠である.今回,より正確な散乱係数を推定するため,吸収不均一性を考慮した散乱係数推定法を考案し,その妥当性について検証した.また,さらなる吸収係数分布の推定精度向上をめざし,拡散板を表層に付加し,表層の散乱係数を既知とする新たな吸収係数分布推定法を考案した.シミュレーションによりその妥当性を確認するとともに,精度向上の有効性を検証した.
  • Tran, T.N., Yamamoto, K., Namita, T., Kato, Y., Shimizu, K.
    Biomedical Optics Express 5 5 1321 - 1335 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    To realize three-dimensional (3D) optical imaging of the internal structure of an animal body, we have developed a new technique to reconstruct optical computed tomography (optical CT) images from two-dimensional (2D) transillumination images. In transillumination imaging of an animal body using near-infrared light, the image is blurred because of the strong scattering in the tissue. To overcome this problem, we propose a novel technique to apply the point spread function (PSF) for a light source located inside the medium to the transilluminated image of light-absorbing structure. The problem of the depth-dependence of PSF was solved in the calculation of the projection image in the filtered back-projection method. The effectiveness of the proposed technique was assessed in the experiments with a model phantom and a mouse. These analyses verified the feasibility of the practical 3D imaging of the internal light-absorbing structure of a small animal. (C) 2014 Optical Society of America
  • Yamamoto, K., Tran, T.N., Namita, T., Kato, Y., Shimizu, K.
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 52 150 - O-151 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    To attain high spatial-resolution in transillumination imaging with near-infrared light, a new technique was developed to estimate the depth of the absorber in turbid medium by convolution operation with a point spread function (PSF). We choose two wavelength at which the scattering property of the medium is different. The transillumination image at one of the wavelength is convolved with the PSF of another wavelength. Two images of alternative wavelengths are compared while changing the depth of the PSF. We can obtain the correct depth that gives minimum difference between the two convoluted images. This technique does not require the repetition of the unstable deconvolution operation. The effectiveness of the proposed technique was verified in experiments.
  • Tanaka, H., Namita, T., Kato, Y., Shimizu, K.
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 52 141 - O-142 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    Transillumination image becomes blurred significantly by the strong scattering of biological tissue. Analyzing the beam wave propagation inside the scattering medium, we have shown possibility to improve the transillumination image in the beam-incident case. However, uniformity of the background was still insufficient. In a plane-wave incident case, the original image is effectively restored by inverting the transillumination image before the PSF deconvolution. In this paper, we newly introduced this principle to the case with inhomogeneous light beam illumination. We combined the background homogenization and the scattering suppression processes into a simple equation. The effectiveness of this technique was confirmed in experiments.
  • Yokoyama, N., Oba, K., Namita, T., Kato, Y., Shimizu, K.
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 52 143 - O-144 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    With the view toward the realization of optical CT imaging, we have developed the simultaneous estimation technique of scattering (μ'< inf> s< /inf> ) and absorption (μ< inf> a< /inf> ) distributions and verified the feasibility in simulation. The usefulness of the proposed technique was verified in experiment with three-layer-structure models. The μ< inf> a< /inf> estimation error was less than 20% in the range of μ'< inf> s< /inf> = 0.75 – 2 /mm. Through this analysis, the usefulness of the proposed technique was verified.
  • Sasaki, H., Ogawa, D., Namita, T., Kato, Y., Shimizu, K.
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 52 148 - O-149 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    To improve the transcutaneous fluorescent image of an animal body, we derived a point-spread function (PSF) at a cylindrical surface of a turbid medium. In this technique, distortion problem of the restored shape remained. For this problem, new scattering suppression technique using the PSFs divided into the symmetric and asymmetric components was developed. The usefulness of the proposed technique was examined in experiment with biological tissue. The internal fluorescent object, which was hardly seen in the image from observed images, became visible by the proposed technique. Through this analysis, the applicability of the proposed technique to biological tissues was verified.
  • Natsume, Y., Namita, T., Kato, Y., Kitama, M., Shimizu, K.
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 52 126 - O-127 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    For transcutaneous imaging of arteriovenous fistula in dialysis treatment, we have developed a technique to improve the transillumination image. In this technique, we obtain an appropriate point spread function (PSF) using a fluorescent source implanted near the fistula inside the body. The effectiveness of the proposed technique was examined in the experiment using the model phantom with known internal structure. The possibility to detect the diameter-change in blood vessel by suppressing image deterioration caused by the scattering effect was confirmed. The applicability to animal tissue was also verified in the experiment.
  • Oba, K., Yokoyama, N., Namita, T., Kato, Y., Shimizu, K.
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 52 146 - O-147 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    We have developed a technique to estimate the absorption coefficient (μ < inf> a< /inf> ) distribution of turbid medium using the backscattered light, and verified its feasibility in simulations and experiments. For accurate estimation of μa, accurate scattering property (μ'< inf> s< /inf> ) is essential. Here, we newly developed the simultaneous estimation technique for μ'< inf> s< /inf> and μ < inf> a< /inf> by attaching the diffuser plate with known μ'< inf> s< /inf> and μ < inf> a< /inf> . The validity of the proposed technique was verified in simulation. The accuracy was apparently improved.
  • Trung Nghia Tran, Kohei Yamamoto, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 8952 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    To realize three-dimensional (3D) optical imaging of the internal structure of animal body, we have developed a new technique to reconstruct CT images from two-dimensional (2D) transillumination images. In transillumination imaging, the image is blurred due to the strong scattering in the tissue. We had developed a scattering suppression technique using the point spread function (PSF) for a fluorescent light source in the body. In this study, we have newly proposed a technique to apply this PSF for a light source to the image of unknown light-absorbing structure. The effectiveness of the proposed technique was examined in the experiments with a model phantom and a mouse. In the phantom experiment, the absorbers were placed in the tissue-equivalent medium to simulate the light-absorbing organs in mouse body. Near-infrared light was illuminated from one side of the phantom and the image was recorded with CMOS camera from another side. Using the proposed techniques, the scattering effect was efficiently suppressed and the absorbing structure can be visualized in the 2D transillumination image. Using the 2D images obtained in many different orientations, we could reconstruct the 3D image. In the mouse experiment, an anesthetized mouse was held in an acrylic cylindrical holder. We can visualize the internal organs such as kidneys through mouse's abdomen using the proposed technique. The 3D image of the kidneys and a part of the liver were reconstructed. Through these experimental studies, the feasibility of practical 3D imaging of the internal light-absorbing structure of a small animal was verified. © 2014 SPIE.
  • 関大輔, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会大会講演論文集(CD-ROM) 2013 ROMBUNNO.BS-9-5  2013年09月 [査読無し][通常論文]
  • 関 大輔, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 2013 2 "S - 147"-"S-148" 一般社団法人電子情報通信学会 2013年09月 [査読無し][通常論文]
  • 秋山潤吉, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 112 479(MBE2012 88-129) 179 - 184 一般社団法人電子情報通信学会 2013年03月13日 [査読無し][通常論文]
     
    近赤外光人体通信の実現をめざし,生体模擬試料(ファントム)および人体において光伝送特性を調べた.まずファントムを用いた実験により200 mm程度の光信号伝送が期待できることを確かめた.次に実際にヒト手部において光の伝送特性を調べ,手首から指先への光信号伝送が可能であることを確認した.これらの解析の中で,細い形状の散乱媒質においては,内面反射に起因する光導波路効果により,伝搬可能距離が伸長することを新たに見出した.さらに,実用性の高い小型光源および検出器を組み合わせた簡易な装置を作製し,ヒト手部における光信号伝送の可能性を実証した.
  • 小幡恭平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 112 479(MBE2012 88-129) 133 - 138 一般社団法人電子情報通信学会 2013年03月13日 [査読無し][通常論文]
     
    生体への適用をめざし,散乱媒質中の蛍光体厚さを推定する手法を新たに開発した.本手法では,2波長の励起光を用い,蛍光体における2波長間の励起光吸収差により生じる蛍光量の違いをもとに,蛍光体の厚さを推定する.まずこの基本原理を確認するため,数値解析および実験において,蛍光体厚さと各励起波長間の蛍光強度比の関係を検証した結果,厚さ推定が原理的に可能であることが確かめられた.次に,蛍光体の深さと厚さの同時推定について検証した.その結果,先に深さ推定をした後に厚さ推定をすることで同時推定が可能であることが分かった.最後に,生体模擬ファントムを用いて蛍光体の深さ,厚さの同時推定を行った後に深さ情報から経皮蛍光イメージングの点拡がりを求め,散乱により劣化した蛍光像を改善した.これに厚さ情報を加え,3次元像を構成することにより,提案手法の有用性を明らかにした.
  • 奥山 雄基, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 112 479 121 - 126 一般社団法人電子情報通信学会 2013年03月06日 [査読無し][通常論文]
     
    実用的なビーム光入射による光透視像に対し,背景の均一化とボケの抑制を同時に行う方法を新たに考案した.まず,散乱体内部におけるビーム光伝搬の理論式をもとに,透視像の二段階改善処理のための定式化を行った.次に,生体類似の光学特性を持つ試料を用い,提案手法の妥当性および有効性を実験により確認した.また,入射光軸が対象吸光構造からずれた場合についても,本手法が有効であることが明らかとなった.最後に,提案手法の生体への適用可能性を確認した.
  • 夏 棘驁, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 112 479 127 - 132 一般社団法人電子情報通信学会 2013年03月06日 [査読無し][通常論文]
     
    明瞭な経皮蛍光イメージングをめざし,蛍光体周囲の散乱媒質の光学定数が未知の場合において,画像復元に必要な蛍光体深さおよび周囲媒質の光学定数の同時推定法を開発した.また提案手法の妥当性を,数値解析と実験により確認した.さらに,同時推定したパラメータから点拡がり関数を求めて画像復元を行い,提案手法の有効性を確認した.最後に,生体試料を用いた実験により,本手法の生体組織への適用可能性を明らかにした.
  • 森本 拓朗, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 112 479 139 - 144 一般社団法人電子情報通信学会 2013年03月06日 [査読無し][通常論文]
     
    後方散乱光時間分解計測による組織酸素飽和度の体内分布イメージングをめざし,まずヘモグロビン波長の吸収スペクトルから,用いる波長の選定を行った.次に,散乱特性が不均一かつ未知である対象において高精度な推定を行うため,我々の考案してきた散乱係数推定法を組み込んだ組織酸素飽和度推定法を新たに開発した.さらに,吸収係数および散乱係数が不均一である層状モデルにおいて,提案手法の妥当性および有効性を検証した.
  • 横田 峻, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 112 479 173 - 177 一般社団法人電子情報通信学会 2013年03月06日 [査読無し][通常論文]
     
    位相共役光を用いて散乱プロセスを逆伝搬させる技術と集束超音波による局所的な変調を利用し,生体内部特定位置の吸光度を計測することができる.そこで,この手法を用いた散乱体イメージングをめざし,位相共役光による散乱プロセス逆伝搬を行う実験系を構築した.位相共役光を発生させる光学結晶の特性を解析し,散乱体内部の局所領域抽出の基本性能を確認した.さらに,位相共役光により散乱プロセスを逆伝搬させ,散乱光からの入射光の復元を試みた.
  • 松浦 太紀, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 112 479 167 - 172 一般社団法人電子情報通信学会 2013年03月 [査読無し][通常論文]
     
    人体浅層部分の3次元イメージングをめざし,視野角を限定したフィルタ補正逆投影法を用いて,光透視像から三次元像を再構成する手法を新たに考案した.ヒト前腕部静脈を模擬するファントムモデルを用い,本手法の有効性を検証した.全体をいくつかの限定視野角領域に分割し,それぞれの限定視野角で得られた断層像の対応視野角部分を再合成することで,吸収体が複数の場合や吸収体の位置情報が未知の場合でも断層像が得られる.この方法の有用性を実験により検証した.さらに,生体組織への適用可能性を検証した.
  • Kazuhiro Nishida, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 8578 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    To estimate the depth distribution of the absorption coefficient in a turbid medium, a new nonlinear inversion technique was developed. It can resolve important shortcomings of the nonlinear error of conventional linear inversion techniques. First, a turbid medium is divided into imaginary layers with arbitrary thickness. The spatial pathlength distribution (SPD) is obtained for each layer in the Monte Carlo simulation as a function of source-detector distance. In the integral operation using SPDs, we can obtain the absorption coefficient of each layer, or the depth distribution of absorption. This inversion process is based on the assumption that the light attenuation is linear with respect to the small pathlength of a photon. However, if we consider the variance of pathlength of many photons in each layer, then this assumption produces nonlinear error. We developed a technique to solve this problem in the following three steps. First, the initial values of absorption coefficient of each layer are obtained using a conventional linear inverse matrix assuming that variance of pathlength of many photons does not exist. Then, improved absorption coefficients are obtained with these initial values and the pathlength variance of many photons using the same matrix. In this way, the nonlinear error is corrected. Repeating this process, the improved absorption coefficient approaches a true value. The effectiveness of the proposed technique was confirmed in the Monte Carlo simulation. The effect of measurement noise was analyzed in the simulation. © 2013 Copyright SPIE.
  • Tran Trung Nghia, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    IFMBE Proceedings 40 22 - 24 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    Using an array of near-infrared (NIR) LED's, we can obtain transillumination images of an animal body and visualize the veins and arteries in the adult forearm as thick as 6 cm. To examine the feasibility of three dimensional (3D) reconstruction using these transillumination images, experiments were conducted to evaluate the image of an absorber in a tissue-equivalent phantom. An experimental system was designed to obtain a transillumination image of a model of blood vessels in the adult forearm. Imaging was accomplished with a high-resolution cooled digital CCD camera, placed at the opposite side of the phantom to the light source. The transillumination images were obtained with different depths of the absorber from the container wall. © 2013 IFMBE.
  • K. Shimizu, N. Tobisawa, T. T. Nghia, T. Namita, Y. Kato
    IFMBE Proceedings 40 13 - 16 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    A technique of near-infrared (NIR) transillumination imaging was applied to develop an injection assist system. We have developed a simultaneous observation system for a body surface image and a transillumination image of blood vessels. The system consists of a high-intensity and low-leak light source, near-infrared CMOS camera and a small and light one-eye head mounted display. In transillumination imaging, we could visualize the veins in the adult forearm with the thickness of as much as 67 mm. A model phantom of the veins in the forearm was fabricated with the blood-contained tubes buried in pork thigh meat. The blood tube was hardly observable with a naked eye. Using the developed system, we could identify the blood tube in the NIR transillumination image, and could extract the blood successfully with the assist of the NIR image. © 2013 IFMBE.
  • 西田 浩平, 浪田 健, 加藤 祐次
    電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 111 482 13 - 18 電子情報通信学会 2012年03月 [査読無し][通常論文]
  • 戸澤 英二, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 111 482 123 - 128 一般社団法人電子情報通信学会 2012年03月 [査読無し][通常論文]
     
    これまで,散乱により劣化した経皮蛍光像をPSFにより復元する手法を考案し,その有効性を示してきた.今回,蛍光体の三次元像再構成をめざし,蛍光体の深さ推定法と断層像再構成法を組み合わせた三次元再構成手法を考案した.まず,スラブ状拡散体において,シミュレーションおよび実測によりその妥当性を確認した.次に,生体のような観測面が曲率を持つ散乱体への適用をめざし,円柱表面におけるPSFを新たに導出した.実測においてその妥当性を確認するとともに,三次元再構成における有効性を実証した.
  • 大谷 真史, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 111 482 1 - 6 一般社団法人電子情報通信学会 2012年03月 [査読無し][通常論文]
     
    後方散乱光を用いた生体断層イメージングの実現をめざし,これまで再構成方法の簡便な吸収係数分布推定法を考案し,シミュレーションおよび実験によりその有効性を確認してきた.この方法では,吸収係数分布推定精度向上のためには対象の正確な散乱特性の情報が不可欠である.今回,生体断層イメージングの高精度化をめざし,実測波形を用いて,散乱特性が未知な媒質の散乱特性を推定し,吸収係数分布推定に必要なパラメータを取得する手法を考案した.まず,シミュレーションにより精度よく散乱特性および必要パラメータが推定できることを確認した.次に,提案手法と散乱特性を既知,均一とする従来手法との間で吸収係数分布推定精度の比較を行い,提案手法の有効性を確認した.
  • 魏 丁丁, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 111 482 7 - 12 一般社団法人電子情報通信学会 2012年03月 [査読無し][通常論文]
     
    心疾患との高相関が指摘されているsdLDLの定量評価をめざし,動的光散乱(DLS:dynamic light scattering)の応用を考えた.まず,計測した自己相関関数からLDLの粒径分布を推定する方法を新たに考案した.この方法は,比較的狭いsdLDLの粒径範囲(20〜30nm)にも適用可能であり,相関関数におけるランダムノイズの影響を受けづらい.次に,コンピュータシミュレーションにより提案手法の妥当性を確認した.さらに,粒径の異なるラテックス標準粒子および実際のLDLを用いた実測により,提案手法の有効性を実証した.
  • 高橋 博樹, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 111 482 19 - 24 一般社団法人電子情報通信学会 2012年03月 [査読無し][通常論文]
     
    近赤外光による生体透視像の改善をめざし,体内蛍光源に対して導出した点拡がり関数(PSF)の応用を考えた.実験的検討をとおし,体内吸光構造の透視においても,蛍光源PSFによる画像改善が有効なことを明らかにした.また,体表下深部構造の透視像に対するPSFデコンボリューションの不安定性を解決するため,PSFを分割して段階的にデコンボリューションする手法を新たに考案した.まず,シミュレーションとファントム実験により,提案手法の有効性を確認した.次に,生体透視像に提案手法を適用し,その実用可能性と有用性を実証した.
  • 杉山 慶多, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 111 482 25 - 30 一般社団法人電子情報通信学会 2012年03月 [査読無し][通常論文]
     
    我々はこれまで,近赤外領域の後方散乱光から対象物の深さ方向吸収係数分布を推定する方法を提案し,シミュレーションおよび実験によりその可能性を示してきた.従来の手法では,同時刻に検出される光子の伝播経路は類似していると仮定し,光子毎の各層の光路長分布は同一としていた.このため,吸収分布の不均一性が大きい場合および散乱体深部において推定結果に誤差を生じさせる原因となっていた.これに対し今回,光子毎の伝搬経路のバラつきを考慮した吸収係数分布推定法を新たに考案した.まず,コンピュータシミュレーションにより,提案手法の妥当性を確かめた.次に,提案手法のノイズに対する特性を評価し,実用範囲内において十分な耐性があることを確認した.さらに,生体への適用可能性を調べるため,ヒト頭部での計測を念頭にした脳構造モデルを用いてシミュレーションにより検証を行なった.その結果,実用条件下における提案手法の生体への適用可能性が明らかとなった.
  • 松田 康志, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 111 482 151 - 156 一般社団法人電子情報通信学会 2012年03月 [査読無し][通常論文]
     
    これまで光による血管透視手法の性能向上を図り,成人前腕部全域における血管透視および困難とされてきた動脈透視の可能性を示してきた.血中ヘモグロビンは,酸素化状態変化に伴い吸収スペクトルが変化する.これを利用すれば,透視像における動静脈の判別が可能になる.まず,血管透視像コントラストの波長変化を計測することにより,提案原理の妥当性を確認した.次に,複数波長の画像を用いて動静脈の判別を行う実用的な手法を考案した.年齢や性別の異なる被験者に提案手法を適用し,動静脈を区別した血管透視が可能なことを実証した.
  • 飛澤 直哉, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 110 460 147 - 152 一般社団法人電子情報通信学会 2011年02月 [査読無し][通常論文]
     
    一般の生体組織においては,散乱吸収による光の減衰が顕著であり,光透視の対象は手掌などごく薄い部位に限られていた.これに対し我々は,臨床における血管透視イメージングの実用化をめざし,可視体表像・近赤外透視像同時観察システムを考案し,その有効性,実用性の評価を行った.光入射方法を工夫し,均一な広範囲照射および光漏れを極小にとどめた照射を可能とした.これにより,成人の前腕部ほぼ全域(最大厚さ67mm)で,明瞭な血管透視像が得られることを確認した.また,従来困難とされてきた動脈の透視像を得ることができた.生体ファントムを用いた実験により,静脈注射支援への応用可能性が確かめられた.
  • 嶋野 心, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 110 460 153 - 158 一般社団法人電子情報通信学会 2011年02月 [査読無し][通常論文]
     
    これまで,従来より厚い部位での生体光透視イメージングの実現をめざして,弱拡散光による透視手法を考案し,その可能性を示してきた.今回,本手法を応用し,透視像からCTアルゴリズムを利用して散乱体内部吸収分布の3次元構造を再構成する方法を考案した.まず,比較的単純な構造の吸収分布に対して,考案手法の有効性を検証した.次に,実験系を改良して画質改善効果の向上を図った.さらに,実際の生体への適用可能性を調べ,提案手法の有効性を実証した.
  • Naoya Tobisawa, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    5th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering, iCBBE 2011 2011年 [査読有り][通常論文]
     
    To assist vascular injection, we have developed a simultaneous observation system for a body surface image and a transillumination image of blood vessels. The system consists of a high-intensity and low-leak light source, near-infrared CMOS camera and a small and light one-eye head mounted display. Using the developed system, we could obtain the transillumination images in all part of the adult forearm with as much as 67 mm thickness. In addition to the superficial veins, we could visualize the arteries in the forearm. © 2011 IEEE.
  • Moto Shimano, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    2011 Symposium on Photonics and Optoelectronics, SOPO 2011 2011年 [査読有り][通常論文]
     
    To see through a turbid medium, an imaging technique was developed to reconstruct a three-dimensional structure inside the medium. Clear transillumination images were obtained with a scattering suppression technique in which the weakly scattered light component is extracted from the strongly diffused light. The possibility of the proposed technique was examined in the experiment using the turbid medium with known internal structure. Through the experimental analysis, the feasibility of the proposed technique and the effectiveness of the scattering suppression were verified. © 2011 IEEE.
  • Takeshi Namita, Masafumi Otani, Yuji Kato, Koichi Shiniizu
    2011 Int. Quantum Electron. Conf., IQEC 2011 and Conf. Lasers and Electro-Optics, CLEO Pacific Rim 2011 Incorporating the Australasian Conf. Optics, Lasers and Spectroscopy and the Australian Conf. 701 - 703 2011年 [査読有り][通常論文]
     
    To reconstruct cross-sectional absorption distribution of diffuse medium, a new technique to estimate non-absorbing temporal point spread function in time-resolved measurement was developed. The feasibility and effectiveness were verified in Monte Carlo simulation. © 2011 IEEE.
  • 吉村 仁志, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 109 460 89 - 94 一般社団法人電子情報通信学会 2010年03月 [査読無し][通常論文]
     
    後方散乱光時間分解計測による生体機能イメージングの実現をめざし,組織酸素飽和度の空間分布推定法を新たに開発した.まず,提案手法の推定誤差について理論的解析を行い,誤差を抑制する計測条件を明らかにした.次に,脳灰白質と大腿筋に対応するヘモグロビン濃度を持った三層構造モデルを想定し,モンテカルロシミュレーションにより提案手法の有効性を確認した.さらに,逆問題解法における提案手法のノイズ耐性を評価した.以上の検討をとおし,提案手法の生体応用の可能性を確認した.
  • 近久 智哉, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 109 460 127 - 132 一般社団法人電子情報通信学会 2010年03月 [査読無し][通常論文]
     
    反射型の干渉現象である後方散乱強調現象に対し,時間分解計測を行うことで,新たな生体計測法の可能性を調べた.シミュレーションにより,散乱体の光学特性やビーム入射条件が,強調ピークに与える影響を明らかにした.この結果より,強調ピーク消失時間が散乱特性評価の指標となる事を確認し,その可能性を実験により実証した.また,ピーク消失時間による散乱係数推定の深さ限界を調べるため,可干渉成分の深速度を計測した.その結果,実験システムでも一般的な生体組織で深さ5mm程度までの散乱情報が得られる事を確認した.さらに,ピーク消失時間によるイメージング実験を行い,散乱係数空間分布イメージングの可能性を実証した.
  • 清水 孝一, 浪田 健, 加藤 祐次
    電気学会研究会資料. IM, 計測研究会 2010 1 33 - 38 2010年02月 [査読無し][通常論文]
  • 川島 雅之, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 109 406 97 - 102 一般社団法人電子情報通信学会 2010年01月 [査読無し][通常論文]
     
    後方散乱光を用いた生体断層イメージングの高精度化をめざし,これまで1入射2出射系での波形演算による散乱係数推定法を考案し,シミュレーションによりその妥当性を検証してきた.今回,実験的検討により,提案手法の妥当性の検証およびその特性解析を行った.まず均一散乱媒質において,既存手法との比較を行い,同等精度の散乱係数推定が可能なことを確認した.次に,提案手法の生体への応用を念頭に,吸収係数分布不均一性の影響を調べた.散乱係数推定式から推定誤差の項を分離し,吸収不均一性パラメータとの関係を明らかにした.さらに,提案手法は既存手法よりも吸収係数分布不均一性の影響を受けにくく,実用性が高いことを確認した.
  • 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会論文誌. D, 情報・システム 92 6 944 - 950 一般社団法人電子情報通信学会 2009年06月 [査読有り][通常論文]
     
    生体内の構造情報及び機能情報を取得することを目指し,光と超音波を共用した新たな計測手法を提案し,基礎的検討を行った.超音波で散乱体内の伝搬光を変調し,低コヒーレンス光干渉法を用いることにより,変調部位の光学情報を得ることができる.まず,本手法を実現する実験システムを構築し,超音波変調信号の検出可能性を確かめた.また,検出信号の散乱体内伝搬経路を調べ,本手法によって散乱の影響を抑制しつつほぼ直線的に伝搬する光のみを抽出できることを確かめた.更に本手法による吸光度計測を試み,散乱媒質内であっても吸光度の定量計測が可能なことを示した.また,光源のコヒーレンス長と検出信号強度の関係の評価より,コヒーレンス長の増加により計測深度が深くなる可能性が明らかとなった.更に,生体軟組織を模擬したファントムを用い,本手法により散乱係数または屈折率不連続界面が検出可能なことを示した.これらより提案手法の有効性が明らかになった.
  • トライロンジットモア スチン, 櫻井 俊宏, 西端 友香, 浪田 健, 加藤 祐次, 飯永 一也, 千葉 仁志, 清水 孝一
    電気学会研究会資料. MBE, 医用・生体工学研究会 2009 71 23 - 28 2009年06月 [査読無し][通常論文]
  • K. Takagi, Y. Kato, K. Shimizu
    Appl. Opt. 48 10 D36  2009年04月 [査読有り][通常論文]
  • Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    APPLIED OPTICS 48 10 D208 - D217 2009年04月 [査読有り][通常論文]
     
    Backscattered light was used to reconstruct cross-sectional images of absorption distributions in diffuse media. For efficient and accurate reconstruction, the inverse problem was solved for one dimension, thereby yielding the absorption distribution in a depth direction. A cross-sectional image or three-dimensional structure is reconstructed by shifting a source-detector pair along the object surface. The object is divided into imaginary layers to solve the inverse problem. This solution's accuracy is further improved by solving the problem for two groups of layers successively instead of solving for all layers simultaneously The technique's effectiveness was verified using solid phantoms and biological tissues. (C) 2009 Optical Society of America
  • Namita, T., Kato, Y., Shimizu, K.
    Applied Optics 48 10 D208  2009年 [査読有り][通常論文]
  • Takagi, K., Kakinuma, H., Kato, Y., Shimizu, K.
    Optics Express 17 10 8332 - 8342 2009年 [査読有り][通常論文]
     
    Transmitted light through a diffuse scattering medium includes strongly diffused light (SDL) and weakly scattered light (WSL). To realize clear transillumination imaging through thick body tissue, which is typically more than 10 mm, we developed a technique to extract the WSL component from diffused light. In experiments using a 15-mm-thick scattering medium (mu(s)' = 1.0/mm), the cross-section of the light propagation area at the center of the medium was confined to a 50% area. This method's usefulness was demonstrated by transillumination imaging through a 40-mm-thick piece of chicken meat. The possibility of depth evaluation was also verified. (C) 2009 Optical Society of America
  • Takagi, K., Kato, Y., Shimizu, K.
    Applied Optics 48 10 D36 - D44 2009年 [査読有り][通常論文]
     
    To suppress the scattering effect in transillumination imaging, a technique was developed to extract a near-axis scattered light (NASL) component from diffused light through a scattering medium. A diffuser is inserted between the light source and the incident surface of a scattering medium. We can extract the NASL component by subtracting the light intensity at the output surface with a diffuser from that without a diffuser. The principle to determine the subtraction weight was presented. In experiments using model phantoms of mammalian tissue, the proposed technique's effectiveness was verified. The cross-section of the propagation area of scattered light was confined to an 8% area around the optical axis of the incident light beam. The usefulness of this technique was demonstrated by transillumination imaging of the blood column through a diffuse medium. (C) 2009 Optical Society of America
  • Kazuto Takagi, Hiroyuki Kakinuma, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    2009 3RD INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS AND BIOMEDICAL ENGINEERING, VOLS 1-11 1829 - 1832 2009年 [査読有り][通常論文]
     
    Transmitted light through a diffuse scattering medium includes strongly diffused light (SDL) and weakly scattered light (WSL). To realize clear transillumination imaging through thick body tissue, which is typically more than 10 mm, we developed a technique to extract the WSL component from diffused light. A diffuser is placed on the incident surface of a scattering medium. We can extract the WSL component by subtracting the light intensity at the output surface with a diffuser from that without a diffuser. In CW measurements using a 15-mm-thick scattering medium (reduced scattering coefficient mu(s)' = 1.0/mm), the spatial intensity distribution of the scattered light at the output surface was confined to an approximately 50% area by the proposed technique. It was confirmed in a time-resolved measurement that the earlier time component with a smaller temporal spread was extracted by the proposed technique.
  • CT imaging of biological tissue using backscattered light
    T. Namita, Y. Kato, K. Shimizu
    Biomedical Optics, BIOMED 2008 BMD35  2008年03月 [査読有り][通常論文]
  • 久保 善弘, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 107 541 53 - 56 一般社団法人電子情報通信学会 2008年03月 [査読無し][通常論文]
     
    連続光による解析がほとんどであった後方散乱強調現象に対し,時間分解解析を試みた,拡散性散乱媒質に対する後方散乱光時間分解波形の立ち上がり時刻において,後方散乱強調ピークのピーク幅は,時間とともに狭まることが新たに見出された.同波形の立ち下がり時刻においては,後方散乱強調ピークが時間経過に伴い消失する.このピーク消失時間を計測することにより,散乱体の多重散乱特性を推定することができる.生体組織に近いIntralipid懸濁液を散乱体試料としてこの可能性を実測した.
  • 金澤 瑠維, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 107 460 29 - 32 一般社団法人電子情報通信学会 2008年01月 [査読無し][通常論文]
     
    生体のような拡散性散乱体に対し,後方散乱光の時間分解計測により散乱係数を推定する方法を考案した.モンテカルロシミュレーションにより,その有効性を確認した.計測ノイズの影響を解析し,適切な計測条件を明らかにした.また吸収係数の不均一性が推定値に及ぼす影響を調べ,それを小さく抑えることが可能なことを示した.さらに,散乱係数が不均一な場合に得られる推定値時間変化の意味を明らかにした.
  • 浪田 健, 金澤 瑠維, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電気学会研究会資料. MBE, 医用・生体工学研究会 2007 36 9 - 12 2007年06月 [査読無し][通常論文]
  • K Shimizu, K Tochio, Y Kato
    APPLIED OPTICS 44 11 2154 - 2161 2005年04月 [査読有り][通常論文]
     
    The point-spread function (PSF) for transcutaneous fluorescent imaging was obtained as an analytical solution in a closed form. It is applicable to cases in which the optical property of the image-blurring turbid medium is considered to be fairly homogeneous. We proposed a technique to improve a transcutaneous image by using depth-dependent PSF. Contrast of the fluorescent image was improved for depths of 1-15 mm in a scattering medium (mu(s)' = 1/mm). The visible depth was more than doubled with this technique. An experiment with a rat demonstrated considerable improvement of a transcutaneous image of the cerebral vein at a specified depth. The spread image of the heart was reduced to the correct size by use of the PSF with the actual depth of the heart. (c) 2005 Optical Society of America.
  • 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 104 757 9 - 12 一般社団法人電子情報通信学会 2005年03月 [査読無し][通常論文]
     
    これまで開発してきた後方散乱光の時間分解計測による散乱体断層イメージング手法の実用化に向け, 基礎的検討を行った. 提案手法における吸光度推定誤差の大きさ, 推定値再現性の低さ等の問題が, 提案原理の本質的欠陥なのか, 技術的に解決可能なものなのかを調べた. 光源強度の増大を図るとともに, 生体を模擬する固体ファントムを開発して実験的検討を行った. その結果, 光源強度を約100倍増加することにより推定誤差を半減できること, 対象を安定化させることにより提案手法によって再現性の高い安定した断層イメージングが可能であることが明らかとなった.
  • Shimizu, K., Tochio, K., Kato, Y.
    Applied Optics 44 11 2154 - 2161 2005年 [査読有り][通常論文]
  • Koichi Shimizu, Ruriko Koizumi, Kazuto Takagi, Yuji Kato
    Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO - Technical Digest 2005 662 - 663 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    For transcutaneous fluorescent imaging, a PSF was derived theoretically as an analytical solution in a closed form. In experiments, the validity of the PSF was verified and the effectiveness of scattering-suppression by PSF-deconvolution was confirmed.
  • Koichi Shimizu, Koji Tochio, Yuji Kato
    2005 27TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOLS 1-7 3141 - 3144 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    The transcutaneous fluorescent imaging (TFI) method was applied to the imaging of a small experimental animal such as a rat. The feasibitity of the functional imaging in TFI was verified. To make this method more practical, a technique of scattering suppression was proposed. The depth-dependent PSF was derived as an analytical solution in a closed form. The applicability of this technique to the functional TFI and its usefulness were demonstrated in animal experiments.
  • Murakami, N., Kato, Y., Baba, N., Ishigaki, T.
    Optics Communications 237 1-3 2004年 [査読有り][通常論文]
  • Koji Akiyama, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO - Technical Digest 2 466  2003年 [査読有り][通常論文]
     
    For cross-sectional imaging of animal body using backscattered light, the measurement of depth-distribution of optical absorption is required. A technique has been developed to reconstruct the depth-distribution using the pulse shape of backscattered light obtained in a time-resolved measurement. In this technique, the temporal path-length distribution (TPD) in each arbitrary layer of the scattering object is essential. We have developed a technique to obtain this TPD in a measurement. The feasibility of the proposed technique was verified in a phantom experiment and the cross-sectional imaging with this technique was demonstrated.
  • Awata, A., Kato, Y., Shimizu, K.
    IEICE Transactions on Information and Systems E85-D 1 124 - 132 2002年 [査読有り][通常論文]
     
    A technique was developed to reconstruct the cross-sectional image of the absorption distribution in a diffuse medium using backscattered light. In this technique, we illuminate an object with an ultra-short pulse, and measure the time-resolved pulse shape of the light backscattered from the object. The absorption distribution of the scattering object can be estimated using the propagation-path distribution of photons at each detection time and the optical impulse response of backscattered light. In a simulation, the effectiveness of this technique Wa's verified in the cases of a layered absorber and a three dimensional absorber. The nonlinear relationship between the depth of the probing region and the propagation time was clarified. The accuracy of the image reconstruction was significantly improved by the aperiodic sampling of the backscattered impulse response according to the nonlinear relation. The feasibility of the proposed technique was verified in the experiment with a model phantom.
  • F Sato, Y Kato, M Kitama, K Shimizu
    CLEO(R)/PACIFIC RIM 2001, VOL I, TECHNICAL DIGEST 382 - 383 2001年 [査読有り][通常論文]
     
    To realize a quantitative optical CT, a technique was developed to detect near-axis scattered light. Using time-resolved measurement technique, the integrated value of the absorption coefficient along the propagation path was obtained.
  • H Horie, Y Kato, K Shimizu
    CLEO(R)/PACIFIC RIM 2001, VOL I, TECHNICAL DIGEST 360 - 361 2001年 [査読有り][通常論文]
     
    To realize optical CT using backscattered light, an algorithm to obtain depth-distribution of absorption coefficient in diffuse medium was newly developed. This technique is based on the time-resolved measurement and the solution of linear equations.
  • K Takagi, Y Kato, M Kitama, K Shimizu
    BIOMEDICAL TOPICAL MEETINGS, TECHNICAL DIGEST 38 441 - 443 2000年 [査読有り][通常論文]
     
    In the transmitted light through scattering mammalian tissue, there should be a component that traveled along the optical axis of incident light beam. To detect this near-axis scattered component efficiently, we have introduced a time-resolved measurement technique to the previously developed spatially differential technique. With this technique, we can accurately determine the weighting coefficient for the differential process. In addition, we can estimate the increase of the path length in near-axis scattering. Through experimental study, the effectiveness of this technique to detect the near-axis scattered light was verified. (C) 1999 Optical Society of America.
  • 高 義礼, 酒谷 薫, 加藤 祐次, 清水 孝一
    Medical imaging technology 17 5 545 - 555 1999年09月 [査読有り][通常論文]
  • Y. Onodera, Y. Kato, K. Shimizu
    CLEO/Pacific Rim 1999 - Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics 4 1305 - 1306 1999年 [査読有り][通常論文]
     
    The scattering effect in biological tissue is one of the most difficult problems to realize an optical computerised tomography (CT). To suppress the scattering effect in a reconstructed image, a fundamental study has been conducted on the deconvolution technique using a point spread function (PSF). The image blurring due to the scattering can be considered as the convolution of the PSF of a scattering medium. Therefore, if we can find an appropriate PSF, we can suppress the scattering effect by the deconvolution. To improve the deconvolution technique further, we have applied the frequency-distance relation to optical CT reconstruction and examined its effectiveness.
  • A Awata, Y Kato, K Shimizu
    IGARSS '98 - 1998 INTERNATIONAL GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING SYMPOSIUM, PROCEEDINGS VOLS 1-5 36 - 38 1998年 [査読有り][通常論文]
  • Y Matsuura, H Hiraga, Y Wang, Y Kato, M Miyagi, S Abe, S Onodera
    APPLIED OPTICS 36 30 7818 - 7821 1997年10月 [査読有り][通常論文]
     
    A new type of launching coupler for small-bore, hollow fibers, consisting of a lens and a tapered hollow waveguide, is proposed to increase the alignment tolerance between an input laser beam and small bore fibers. First, we designed the structural dimensions of the coupler by using a ray-tracing method. Then, a series of experiments employing tapered hollow waveguides made of Pyrex glass was performed to investigate the effectiveness of the new coupler. It is shown that the coupler has a high efficiency with attenuation of around 0.5 dB, especially when the inside of the taper section is coated with a polymer and silver film. In addition, we also show that the coupler has great tolerance for the transverse displacement of a waveguide axis, which gives a 0.1-dB loss increase for a 300-mu m displacement. (C) 1997 Optical Society of America.
  • 久保田 智, 加藤 祐次, 阿部 眞一, 小野寺 信治, 赤間 洋助, 馬場 一隆, 宮城 光信
    レーザー研究 25 6 438 - 441 レ-ザ-学会 1997年06月 [査読有り][通常論文]
  • Y Wang, A Hongo, Y Kato, T Shimomura, D Miura, M Miyagi
    APPLIED OPTICS 36 13 2886 - 2892 1997年05月 [査読有り][通常論文]
     
    The variation in properties of a fluorocarbon polymer (FCP) film during a drying-curing process is investigated for fabricating FCP-coated silver (FCP/Ag) hollow glass waveguides. A dynamic liquid-phase coating procedure is used. Through the analyses of the loss spectra of hollow waveguides made in various conditions, a relationship between the thickness of the FCP film and the coating velocity is obtained. The optimum fabrication condition is also established for producing FCP/Ag hollow glass waveguides for the mid-IR. (C) 1997 Optical Society of America.
  • 小野寺 陽一, 加藤 祐次, 清水 孝一
    医用電子と生体工学 : 日本ME学会雑誌 = Japanese journal of medical electronics and biological engineering : JJME 35 4 400 - 406 日本エム・イー学会 1997年 [査読有り][通常論文]
  • H Hiraga, Y Matsuura, Y Wang, Y Kato, M Miyagi, S Abe, S Onodera
    SPECIALTY FIBER OPTICS FOR BIOMEDICAL AND INDUSTRIAL APPLICATIONS, PROCEEDINGS OF 2977 47 - 50 1997年 [査読有り][通常論文]
     
    A launching coupler for hollow fibers consisting of a convex lens and a tapered hollow-guide piece is proposed. We fabricated the coupler which has a conical-tapered, Pyrex glass tube as the tapered section. The bore size of the taper-guide's input end is 3 mm and the output end is 0.7 mm which is the same as the size of coupled hollow fibers. The results of preliminary experiments show that the launching system has a large tolerance for the coupling condition between laser light and hollow fibers.
  • M Osawa, Y Kato, T Watanabe, M Miyagi, S Abe, M Aizawa, S Onodera
    OPTICS AND LASER TECHNOLOGY 27 6 393 - 396 1995年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Fluorocarbon polymer-coated silver hollow-glass waveguides have been fabricated based on the method of silver mirror reaction for silver, and the dipping method for the fluorocarbon polymer, The waveguides show low-loss properties for the infrared wavelengths except for the wavelength regions of large absorption of the polymer, Er:YAG laser light has been successfully transmitted through the flexible waveguides with small bending losses.
  • M Saito, T Gojo, Y Kato, M Miyagi
    INFRARED PHYSICS & TECHNOLOGY 36 7 1125 - 1129 1995年12月 [査読有り][通常論文]
     
    The refractive indices and absorption coefficients of fluorocarbon, polymethyl methacrylate, and polyimide were measured in the wavelength range of 2-12 mu m. The reflection losses of KRS-5 and CsI windows were reduced successfully by coating fluorocarbon polymers on the surfaces.
  • Y KATO, M OSAWA, M MIYAGI, S ABE, M AIZAWA, S ONODERA
    ELECTRONICS LETTERS 31 1 31 - 32 1995年01月 [査読有り][通常論文]
     
    As durable and nontoxic infra-red waveguides, polyimide-coated silver hollow waveguides have been proposed and fabricated based on the liquid phase coating method in the whole process. Er:YAG laser light has been successfully transmitted through the waveguide with small bending losses.
  • Y KATO, M MIYAGI
    IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES 42 12 2336 - 2342 1994年12月 [査読有り][通常論文]
     
    The changes of the mode structures and attenuation constants in dielectric-coated circular metallic hollow waveguides are numerically investigated by solving the exact characteristic equations. It is shown that the mode structures in the small-core waveguides change drastically,vith the thickness of the coated-dielectric.
  • Y KATO, M OSAWA, M MIYAGI, M AIZAWA, S ABE, S ONODERA
    BIOMEDICAL OPTOELECTRONIC DEVICES AND SYSTEMS II, PROCEEDINGS OF 2328 16 - 21 1994年 [査読有り][通常論文]
  • Y KATO, M MIYAGI
    PROCEEDINGS OF BIOMEDICAL OPTOELECTRONIC DEVICES AND SYSTEMS 2084 27 - 34 1994年 [査読有り][通常論文]
  • Y KATO, M OSAWA, M MIYAGI, M AIZAWA, S ABE, S ONODERA
    BIOMEDICAL FIBER OPTIC INSTRUMENTATION, PROCEEDINGS OF 2131 4 - 10 1994年 [査読有り][通常論文]
  • Y KATO, M MIYAGI
    IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES 41 4 733 - 736 1993年04月 [査読有り][通常論文]
     
    Correspondence between hybrid modes in small and large core circular hollow waveguides is discussed by using an asymptotic theory for the infrared. The mode changes or mode transitions in several hollow waveguides are discussed which depend on the cladding material and the mode order. For the dielectric-coated metallic waveguides, mode changes also depend on the thickness of the coated dielectric. For the singly cladded hollow waveguides, the region is shown in the plane of complex refractive index (n - jk) of cladding material where the HE11 mode in large core waveguides approaches the TE or TM mode.
  • 加藤祐次, 宮城光信
    表面技術 43 8 750 - 754 1992年08月 [査読有り][招待有り]
  • Y KATO, M MIYAGI
    IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES 40 4 679 - 685 1992年04月 [査読有り][通常論文]
     
    The mode structures and attenuation constants in circular hollow waveguides are evaluated numerically based on the exact characteristic equations. Mode properties, which are strongly dependent on waveguide materials, and attenuation constants are discussed when the core diameter becomes small. Special modes are also analyzed in oversized metallic waveguides which approach very familiar modes in perfect-conducting cylindrical waveguides when the core diameter becomes mall.
  • Yuji Kato, Mitsunobu Miyagi
    Applied Optics 30 27 3790 - 3791 1991年09月20日 [査読有り][通常論文]
     
    Attenuation constants in circular hollow waveguides are numerically evaluated based on the exact characteristic equation. Mode transition takes place when waveguides become thinner. © 1991 Optical Society of America.
  • Y KATO, M MIYAGI
    APPLIED OPTICS 30 27 3790 - 3792 1991年09月 [査読有り][通常論文]
     
    Attenuation constants in circular hollow waveguides are numerically evaluated based on the exact characteristic equation. Mode transition takes place when waveguides become thinner.
  • 加藤 祐次
    電子情報通信学会論文誌 C-(0xF9C1) エレクトロニクス (0xF9C1)-光・波動 73 6 p481 - 483 電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ 1990年06月 [査読有り][通常論文]

書籍

講演・口頭発表等

  • 下川部一真, 高見澤淳, 飯永一也, 橋本守, 加藤祐次
    日本生体医工学会大会プログラム・抄録集(Web) 2019年
  • 任田崇吾, 加藤祐次, 工藤信樹, 清水孝一
    レーザー学会研究会報告 2018年
  • 上田康夫, 加藤祐次, 山口泰彦, 清水孝一
    日本デジタル歯科学会誌(Web) 2017年04月
  • 加藤祐次, 宮島文佳, 清水孝一
    レーザー学会研究会報告 2017年
  • 上田康夫, 加藤祐次, 山口泰彦, 清水孝一
    日本補綴歯科学会誌(Web) 2017年
  • 松村健太, 加藤祐次, 飯永一也, 清水孝一
    脂質栄養学 2017年
  • 任田崇吾, 加藤祐次, 工藤信樹, 清水孝一
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2016年10月
  • 任田崇吾, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2016年03月
  • 岡崎恵祐, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2016年03月
  • WANG Lei, 飯永一也, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2016年03月
  • 宮島文佳, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2016年03月
  • Sogo Toda, Yuji Kato, Nobuki Kudo, Koichi Shimizu
    Transactions of Japanese Society for Medical and Biological Engineering 2016年01月 
    © 2016, Japan Soc. of Med. Electronics and Biol. Engineering. All rights reserved. The scattering effect in light propagation through random media can be suppressed with the phase-conjugate optics. We have applied this technique to the transillumination imaging of animal body using a digital phase-conjugate system. In the experiment, we attempted to restore various incident light patterns through a scattering medium. As a result, the feasibility of scattering suppression using digital phase-conjugate light was verified.
  • 任田崇吾, 加藤祐次, 清水孝一
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM) 2015年11月
  • 宮島文佳, 加藤祐次, 清水孝一
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2015年10月
  • WANG Lei, 飯永一也, 加藤祐次, 磯村哲, 清水孝一
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2015年10月
  • 岡崎恵祐, 加藤祐次, 清水孝一
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2015年10月
  • 任田崇吾, 加藤祐次, 清水孝一
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2015年10月
  • 開田翔一, 松村健太, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2015年03月
  • 佐々木洋天, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2015年03月
  • 田中宏幸, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2015年03月
  • 関大輔, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2015年03月
  • 開田翔一, 松村健太, 加藤祐次, 清水孝一
    電気学会全国大会講演論文集(CD-ROM) 2015年03月
  • 開田翔一, 松村健太, 加藤祐次, 清水孝一
    応用物理学会北海道支部・日本光学会北海道地区合同学術講演会講演予稿集 2015年01月
  • 宮島文佳, 加藤祐次, 清水孝一
    応用物理学会北海道支部・日本光学会北海道地区合同学術講演会講演予稿集 2015年01月
  • WANG Lei, 飯永一也, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2015年
  • 宮島文佳, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2015年
  • 岡崎恵祐, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2015年
  • 任田崇吾, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2015年
  • WANG Lei, 飯永一也, 加藤祐次, 清水孝一
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM) 2014年10月
  • 岡崎恵祐, 加藤祐次, 清水孝一
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM) 2014年10月
  • 田中宏幸, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2014年10月
  • 3次元生体透視イメージングのための近赤外透視像を用いた新たな光CT技術の開発  [通常講演]
    チャン チュン ギア, 山本航平, 浪田 健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2014年06月 口頭発表(一般)
  • Development of new optical CT for 3D animal imaging - Practical technique using transillumination images -  [通常講演]
    Trung Nghia Tran, Kohei Yamamoto, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Biomedical Imaging and Sensing Conference, part of Optics & Photonics International 2014 Congress 2014年05月 口頭発表(一般)
  • Attempt for optical BAN on human body  [通常講演]
    Daisuke Seki, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Proceedings of 20 th Symposium of the Internationa Society on Biotelemetry 2014年05月 口頭発表(一般)
  • 後方散乱光時間分解計測による吸収係数分布の高精度推定の試み  [通常講演]
    大場一寛, 横山直弥, 浪田 健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2014年03月 口頭発表(一般)
  • 光による生体透視イメージングのための拡散媒質内部吸光像の画像改善  [通常講演]
    山本航平, チャン チュン ギア, 浪田 健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2014年03月 口頭発表(一般)
  • 円柱状光拡散体における内部蛍光体イメージング手法の開発 ~ 生体内部蛍光体の経皮透視をめざして ~  [通常講演]
    小川大貴, 浪田 健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2014年03月 口頭発表(一般)
  • 実測点拡がり関数を用いた前腕血管の光透視 ~ 人工透析における内シャント管理への応用 ~  [通常講演]
    夏目裕也, 浪田 健, 加藤祐次, 北間正崇, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2014年03月 口頭発表(一般)
  • 3D reconstruction of internal structure of animal body using near-infrared light  [通常講演]
    Tran Trung Nghia, Kohei Yamamoto, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Proc. SPIE 2014年02月 口頭発表(一般)
  • Trung Nghia Tran, Kohei Yamamoto, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 2014年01月 
    To realize three-dimensional (3D) optical imaging of the internal structure of animal body, we have developed a new technique to reconstruct CT images from two-dimensional (2D) transillumination images. In transillumination imaging, the image is blurred due to the strong scattering in the tissue. We had developed a scattering suppression technique using the point spread function (PSF) for a fluorescent light source in the body. In this study, we have newly proposed a technique to apply this PSF for a light source to the image of unknown light-absorbing structure. The effectiveness of the proposed technique was examined in the experiments with a model phantom and a mouse. In the phantom experiment, the absorbers were placed in the tissue-equivalent medium to simulate the light-absorbing organs in mouse body. Near-infrared light was illuminated from one side of the phantom and the image was recorded with CMOS camera from another side. Using the proposed techniques, the scattering effect was efficiently suppressed and the absorbing structure can be visualized in the 2D transillumination image. Using the 2D images obtained in many different orientations, we could reconstruct the 3D image. In the mouse experiment, an anesthetized mouse was held in an acrylic cylindrical holder. We can visualize the internal organs such as kidneys through mouse's abdomen using the proposed technique. The 3D image of the kidneys and a part of the liver were reconstructed. Through these experimental studies, the feasibility of practical 3D imaging of the internal light-absorbing structure of a small animal was verified. © 2014 SPIE.
  • Koichi Shimizu, Takeshi Namita, Yuji Kato
    Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social-Informatics and Telecommunications Engineering, LNICST 2013年12月 
    For a new optical body area network (BAN) technique, a fundamental study was conducted of optical data transmission through a human body using diffusely scattered light. The frequency bandwidth for data transmission was restricted by the effect of strong scattering inside body tissues. In experiments using human bodies, the possibility of the transmission up to 100 MHz was confirmed. Using the linear equalization process, we can transmit an 800 MHz square wave signal. Data transmission of around 200 mm distance in a human hand was possible. To overcome problems of noise, multipath transmission, and the instantaneous interruption of data transmission, the space diversity (SD) technique was applied to stabilize data communications. The SD technique effectiveness was confirmed through analysis using real optical impulse responses. The feasibility of BAN using diffusely scattered light in the body was verified through these analyses. © Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering 2013.
  • Trung Nghia Tran, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS 2013年10月 
    In transillumination imaging of an animal body using near-infrared light, the image is blurred due to the strong scattering in the tissue. We have devised the depth-dependent point spread function (PSF) to suppress the scattering effect in fluorescent imaging. In this study, we applied this principle and developed a technique to reconstruct the absorbing structure in turbid medium without using fluorescent material. In experiments, the feasibility and effectiveness of the proposed technique were verified. © 2013 IEEE.
  • Taiki Matsuura, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS 2013年10月 
    In transillumination imaging of an animal body with near-infrared light, the shallower structure appears clearer. Therefore, we can reconstruct the three dimensional (3D) image of the shallow structure using the transillumination images as the projection images. In the 3D reconstruction, it may be better to use the projection images of limited observation-angle range rather than those from 360° range. We investigated this possibility and devised a new technique to reconstruct the 3D image of the light absorbing structure in shallow region of a turbid medium. This technique is applicable to the turbid object without any a priori knowledge on the angular position of the absorbing structure. The feasibility of the proposed technique was verified in experiments. © 2013 IEEE.
  • 小幡恭平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2013年03月 口頭発表(一般)
  • 森本拓朗, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2013年03月 口頭発表(一般)
  • XIA Jiao, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2013年03月 口頭発表(一般)
  • 奥山雄基, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2013年03月 口頭発表(一般)
  • 秋山潤吉, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2013年03月 口頭発表(一般)
  • 松浦太紀, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2013年03月 口頭発表(一般)
  • 横田峻, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2013年03月 口頭発表(一般)
  • 加藤祐次, 浪田健, 清水孝一
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM) 2012年10月
  • 関大輔, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会大会講演論文集(CD-ROM) 2013 ROMBUNNO.BS-9-5 2012年09月 口頭発表(一般)
  • 森本拓朗, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    生体医工学 2012年08月
  • 大谷真史, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2012年03月
  • 戸澤英二, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2012年03月
  • 杉山慶多, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2012年03月
  • 西田浩平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2012年03月
  • 松田康志, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2012年03月
  • 高橋博樹, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    電子情報通信学会技術研究報告 2012年03月
  • 小幡恭平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2012年
  • 秋山潤吉, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2012年
  • Koichi Shimizu, Takeshi Namita, Yuji Kato
    Wireless Mobile Communication and Healthcare - Third International Conference, MobiHealth 2012, Paris, France, November 21-23, 2012, Revised Selected Papers 2012年 口頭発表(一般)
  • 嶋野 心, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2011年02月 
    これまで,従来より厚い部位での生体光透視イメージングの実現をめざして,弱拡散光による透視手法を考案し,その可能性を示してきた.今回,本手法を応用し,透視像からCTアルゴリズムを利用して散乱体内部吸収分布の3次元構造を再構成する方法を考案した.まず,比較的単純な構造の吸収分布に対して,考案手法の有効性を検証した.次に,実験系を改良して画質改善効果の向上を図った.さらに,実際の生体への適用可能性を調べ,提案手法の有効性を実証した.
  • 飛澤 直哉, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2011年02月 
    一般の生体組織においては,散乱吸収による光の減衰が顕著であり,光透視の対象は手掌などごく薄い部位に限られていた.これに対し我々は,臨床における血管透視イメージングの実用化をめざし,可視体表像・近赤外透視像同時観察システムを考案し,その有効性,実用性の評価を行った.光入射方法を工夫し,均一な広範囲照射および光漏れを極小にとどめた照射を可能とした.これにより,成人の前腕部ほぼ全域(最大厚さ67mm)で,明瞭な血管透視像が得られることを確認した.また,従来困難とされてきた動脈の透視像を得ることができた.生体ファントムを用いた実験により,静脈注射支援への応用可能性が確かめられた.
  • Injection Assist System with Surface and Transillumination Images  [通常講演]
    Naoya Tobisawa, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    The 5th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering 2011年 口頭発表(一般)
  • Reconstruction of Three-Dimensional Structure in Turbid Medium by Scattering Suppression  [通常講演]
    Moto Shimano, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2011) 2011年 口頭発表(一般)
  • New technique to estimate non-absorbing temporal point spread function for diffuse optical tomography using backscattered light  [通常講演]
    Takeshi Namita, Masafumi Otani, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    IQEC/CLEO Pacific Rim 2011 Conference Proceedings 2011年 口頭発表(一般)
  • 3D reconstruction of internal structure of animal body using NIR light – Preliminary results for feasibility study -  [通常講演]
    Trung Nghia TRAN, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    The 1st International Symposium on Engineering Physics and Mechanics 2011年 口頭発表(一般)
  • Feasibility study for 3D reconstruction of internal structure of animal body using NIR light  [通常講演]
    Trung Nghia Tran, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Proceedings of the 4th International Conference on the Development of Biomedical Engineering 2011年 口頭発表(一般)
  • Application of transillumination imaging to injection assist system  [通常講演]
    Koichi Shimizu, Naoya Tobisawa, Trung Nghia Tran, Takeshi Namita, Yuji Kato
    Proceedings of the 4th International Conference on the Development of Biomedical Engineering 2011年 口頭発表(一般)
  • Point Spread Function for Optical Transillumination Imaging of Animal Body  [通常講演]
    Koichi Shimizu, Hiroki Takahashi, Takeshi Namita, Yuji Kato
    The 31st PIERS 2011年 口頭発表(一般)
  • 竹下 祐介, 加藤 祐次, 伊達 広行, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2010年03月 
    点拡がり関数(PSF)を用いた経皮蛍光像改善法による蛍光血管造影の実現をめざし,新たな手法を考案した.本手法では,血管内留置ステントに蛍光標識することでPSFを実測により求め,それを用いて血管の明瞭な蛍光像を得る.まず,シミュレーションにより,提案手法の基本原理を確認した.次に,生体模擬試料を用いた実験により,提案手法の有効性を検証した.これにより,留置ステントにおける血管再狭窄の光による繰り返し検査の可能性が確かめられた.
  • 清水 篤史, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2010年03月 
    径皮蛍光イメージングには生体組織の光散乱により像が劣化してしまうという問題があるが,深さ依存PSFを用いれば散乱の影響を抑制することができる.そこで,大小2種の口径の円状光源を用い散乱体内部の蛍光体深さを推定する方法を新たに考案した.まず,単体の蛍光体において本手法の有効性を検証した.次に,提案手法を,異なる深さの複数蛍光怖が存在する場合にも使えるよう拡張した.生体模擬ファントムや生体試料を用いた実験を通し,提案手法による深さ推定及び画像改善の有用性を確認した.
  • 近久 智哉, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2010年03月 
    反射型の干渉現象である後方散乱強調現象に対し,時間分解計測を行うことで,新たな生体計測法の可能性を調べた.シミュレーションにより,散乱体の光学特性やビーム入射条件が,強調ピークに与える影響を明らかにした.この結果より,強調ピーク消失時間が散乱特性評価の指標となる事を確認し,その可能性を実験により実証した.また,ピーク消失時間による散乱係数推定の深さ限界を調べるため,可干渉成分の深速度を計測した.その結果,実験システムでも一般的な生体組織で深さ5mm程度までの散乱情報が得られる事を確認した.さらに,ピーク消失時間によるイメージング実験を行い,散乱係数空間分布イメージングの可能性を実証した.
  • 柿田 瞬, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2010年03月 
    新たな人体光通信の実現をめざし,体内散乱光を用いたデータ伝送の可能性を調べた.実験により手指部におけるデータ伝送可能な体内距離を調べた.その結果,我々の送受光系で,約100mm距離のデータ伝送が可能であった.体内光通信では,伝搬路のノイズ,マルチパス伝搬,局所吸収体による伝送路遮断の問題がある.これらの対策として,スペースダイバーシティ(SD)方式によるデータ通信の安定化を図った.シミュレーションにより,SD方式の有効性を明らかにした.また,SD方式における信号合成法の比較を行い,本目的には最大比合成法が適していることを明らかにした.
  • 柿沼 寛之, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2010年03月 
    従来より厚い生体に適用可能な手法の実現をめざし,弱拡散光を用いた生体透視イメージング法の有効性を実験的に検証した.空間的および時間的解析をとおし,提案手法により,強拡散光中の弱拡散光成分を抽出できることを明らかにした.生体模擬ファントムおよび生体試料を用い,透視像における顕著な改善効果を実証した.また,シャープネス改善度から散乱体内部吸光物体の深さを推定する方法を新たに開発した.実証をとおし,深さ推定法の安定性および生体への適用可能性を明らかにした.
  • 吉村 仁志, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2010年03月 
    後方散乱光時間分解計測による生体機能イメージングの実現をめざし,組織酸素飽和度の空間分布推定法を新たに開発した.まず,提案手法の推定誤差について理論的解析を行い,誤差を抑制する計測条件を明らかにした.次に,脳灰白質と大腿筋に対応するヘモグロビン濃度を持った三層構造モデルを想定し,モンテカルロシミュレーションにより提案手法の有効性を確認した.さらに,逆問題解法における提案手法のノイズ耐性を評価した.以上の検討をとおし,提案手法の生体応用の可能性を確認した.
  • 清水 孝一, 浪田 健, 加藤 祐次
    電気学会研究会資料. LAV, 光応用・視覚研究会 2010年02月
  • 川島 雅之, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2010年01月 
    後方散乱光を用いた生体断層イメージングの高精度化をめざし,これまで1入射2出射系での波形演算による散乱係数推定法を考案し,シミュレーションによりその妥当性を検証してきた.今回,実験的検討により,提案手法の妥当性の検証およびその特性解析を行った.まず均一散乱媒質において,既存手法との比較を行い,同等精度の散乱係数推定が可能なことを確認した.次に,提案手法の生体への応用を念頭に,吸収係数分布不均一性の影響を調べた.散乱係数推定式から推定誤差の項を分離し,吸収不均一性パラメータとの関係を明らかにした.さらに,提案手法は既存手法よりも吸収係数分布不均一性の影響を受けにくく,実用性が高いことを確認した.
  • New Technique to Estimate Scattering Coefficient by Time-Resolved Measurement of Backscattered Light  [通常講演]
    Masayuki Kawashima, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) 2010年 口頭発表(一般)
  • トライロンジットモア スチン, 櫻井 俊宏, 西端 友香, 浪田 健, 加藤 祐次, 飯永 一也, 千葉 仁志, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2009年06月 
    LDL(low density lipoprotein)の中でも,小型で比重の大きいsdLDL(small dense LDL)は,心疾患との高い相関から,臨床検査における重要性が指摘されている.従来法は煩雑で長時間を要する.このsdLDLの定量評価をめざし,動的光散乱(DLS:dynamic light scattering)の応用を考えた.DLS測定により得られる平均粒径や相関関数を用いてLDL中のsdLDL量の割合を求める手法を3種新たに考案した.sdLDLの割合を直接求める数式解を導出した.粒径の異なるラテックス標準粒子および実際のLDLを用いた実測により,提案手法の有効性を実証した.
  • 志田 元毅, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2009年03月 
    生体内部蛍光体の断層イメージングをめざし,散乱の影響を抑制しつつ断層像を得る新たな手法を考案した.まず,散乱により劣化した蛍光像を,全周方向から体表で撮影する.次に,深さ依存点拡がり関数を用いて,深さを特定しつつ散乱の影響を抑制した透視像を復元する.これを投影像として逆投影することにより,断層像が得られる.シミュレーション,ファントム実験,生体試料を用いた実験により,提案手法の可能性と有効性を検討した.
  • 天井 健次, 高木 一人, 加藤 祐次, 天野 和彦, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2009年03月 
    身につけた認証センサをトランスポンダとして利用することにより,認証動作なしの個人認証が可能となる.このような次世代個人認証の実現をめざし,常時装着可能な静脈認証センサの開発を行っている.センサ部では,円環状光源のエピイルミネーションによって血管像を円内に光透視する.実用化に向け小型化を図るため,LEDを円周上に等間隔に配置した.体内からの後方散乱光の不均一分布は,光拡散理論に基づく不均一減光フィルタにより均一化する.離散光源に起因する不均一性の影響の検討,および空間周波数の低い画像ムラを補正する方法の検討などをとおし,明瞭な血管透視像の取得が可能となった.
  • 根本 智幸, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2009年03月 
    生体内における血管内血液の酸素化状態などの生体機能情報の取得を目指し,ドップラーOCTによる散乱,吸収特性の計測および吸収物質の濃度計測の手法を考案した.散乱媒質の流れから起こるドップラー信号強度をOCTにより空間分解し,複数位置の信号強度から散乱または吸収による減衰を計測することができる.またこの原理から,二波長の光を用いた計測により,血管内を流れる特定成分の濃度を計測することができる.血管モデルとしてアクリルチューブ内に吸収散乱媒質を流した試料を用いた実験的検討をとおし,これらの可能性を明らかにした.
  • 田中 義範, 北間 正崇, 有澤 準二, 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2009年01月 
    実験用小動物への適用を目指し,近軸散乱光を利用した断層イメージングにつき,基礎的検討を行った.光差分の原理によって近軸散乱光を抽出し,散乱の効果を抑制した光透視および断層イメージングが可能なことを確かめた.また,提案手法により定量性のある吸光度分布推定ができることを示した.さらに,今回のシステムで,1mm程度の空間分解能を有する断層イメージングが可能なことを明らかにした.
  • 北山敬士, 高木一人, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2009年
  • 志田元毅, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2009年
  • 吉村仁志, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2009年
  • 近久智哉, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一
    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 2009年
  • Effect of imaginary layer division in diffuse optical tomography using backscatterd light  [通常講演]
    Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    The 4th Asian and Pacific Rim Symposium on Biophotonics 2009年 口頭発表(一般)
  • xtraction of Weakly Scattered Light of Transillumination Imaging  [通常講演]
    Kazuto Takagi, Hiroyuki Kakinuma, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    The 4th Asian and Pacific Rim Symposium on Biophotonics 2009年 口頭発表(一般)
  • CW Detection of Weakly Scattered Light for Transillumination Imaging of Thick Body  [通常講演]
    Kazuto Takagi, Hiroyuki Kakinuma, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    The 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering 2009年 口頭発表(一般)
  • 斎藤 俊英, 柿田 瞬, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2008年03月 
    体内機器からの情報伝送の高度化を目指し,光を用いた生体内情報伝送について基礎的検討を行った.まず,生体内における強い光散乱の影響を調べるため,周波数帯域の推定を行った.生体組織を用いた実験により,100MHzまでの信号伝送が可能であることを確認した.次に周波数帯域の拡大を目指し,種々の信号処理手法の比較検討を行った.その結果,線形等価処理を用いることにより800Mbpsの矩形波伝送が可能なことを明らかにした.さらに,通信精度向上のためスペクトル拡散通信(SS通信)の適用を考えた.その結果,SS通信により900Mcpsの伝送が可能であることを確認した.
  • 久保 善弘, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2008年03月 
    連続光による解析がほとんどであった後方散乱強調現象に対し,時間分解解析を試みた,拡散性散乱媒質に対する後方散乱光時間分解波形の立ち上がり時刻において,後方散乱強調ピークのピーク幅は,時間とともに狭まることが新たに見出された.同波形の立ち下がり時刻においては,後方散乱強調ピークが時間経過に伴い消失する.このピーク消失時間を計測することにより,散乱体の多重散乱特性を推定することができる.生体組織に近いIntralipid懸濁液を散乱体試料としてこの可能性を実測した.
  • 後藤 康夫, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2008年03月 
    散乱体内部吸収構造の簡便な深さ選択イメージングの実現を目的とし,複数光源,面撮像装置,および画像差分等の画像処理を組み合わせた新たな手法を考案した.本手法は,体表上の光源位置が異なると体内散乱光の伝搬領域が異なることを利用し,その違いを画像差分処理により検出するものである.まず拡散理論に基づくシミュレーションにより,考案手法の有効性を確認した.次に生体模擬ファントムを用いた実験により,考案手法の生体組織への適用可能性を明らかにした.さらに,イメージング対象の吸収体深さが未知の場合への適用可能性を示した.
  • 金澤 瑠維, 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2008年01月 
    生体のような拡散性散乱体に対し,後方散乱光の時間分解計測により散乱係数を推定する方法を考案した.モンテカルロシミュレーションにより,その有効性を確認した.計測ノイズの影響を解析し,適切な計測条件を明らかにした.また吸収係数の不均一性が推定値に及ぼす影響を調べ,それを小さく抑えることが可能なことを示した.さらに,散乱係数が不均一な場合に得られる推定値時間変化の意味を明らかにした.
  • CT imaging of diffuse medium by time-resolved measurement of backscattered light – Evaluation of spatial resolution with biological tissue –  [通常講演]
    Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu
    6th International Conference on Optics-photonics Design & Fabrication(CD-ROM) 2008年 口頭発表(一般)
  • 浪田 健, 金澤 瑠維, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2007年06月 
    我々はこれまで,有用性の高い後方散乱光計測により深さ方向の吸収係数分布を推定する手法を提案してきた.この方法は,対象を少数の層状構造に分割して各層の吸収係数を推定するものであった.これに対し,より実際に近い断層イメージングのため,繰り返し演算により多層構造の推定を可能とする手法を新たに考案した.まず,構造既知の生体模擬ファントムを用い,提案手法の有効性を確かめた.その結果深さ7mm程度までの吸収係数分布を推定可能なことが確かめられた.また実際の生体組織を用いて,本手法適用の可能性を検証した.
  • 松原 慎一, 高木 一人, 加藤 祐次, 天野 和彦, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2007年03月 
    バイオメトリクス認証への応用をめざし,厚い生体組織にも適用可能な反射型光透視法につき基礎的検討を行った.円環状光源を用いて得られる反射型光透視像の輝度不均一性を補正するため,不均一減光フィルタを設計した.このフィルタにより,輝度分解能は約8倍向上し,観測可能視野が4倍以上に拡大することが示された.被験者間の散乱・吸収特性の変動を考慮し,不均一減光フィルタを製作した.得られたフィルタを用いてヒト体表での実測を行い,観測可能領域全域にわたり良好なS/Nで反射型光透視像が得られることを確かめた.
  • 遠藤 友樹, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2007年03月 
    散乱体内部の光子計測を目指し,超音波変調法と低コヒーレンス光鑑賞法を組み合わせた手法につき基礎的検討を行った.鏡などの強い反射体を用いずに,均一散乱体内部の超音波信号をとらえることに成功した.この光信号を用いた散乱体の吸収係数計測の可能性や本手法の適用限界を明らかにした.これらの結果に基づき,散乱体内部の吸収分布のイメージングを試み,その可能性を実証した.
  • 別当屋敷, 元太, 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2007年03月 
    光による生体透視イメージングをめざし,近軸散乱光を抽出する方法の改良を試みた.光入射光学系を工夫することにより,近軸散乱光の抽出性能の向上を図った.実験的検討を通し,改良方式により抽出性能を10dB程度向上できることを検証した.また,一般的なコリメート検出系に比べ,散乱体内部伝搬領域を大きく制限して近軸領域に限定できることを確かめた.さらに,散乱体内部吸光度分布の計測を試み,空間分解能よく定量性の高い計測の可能性を示した.
  • 遠藤 友樹, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電気学会研究会資料. LAV, 光応用・視覚研究会 2007年01月
  • 板垣 秀信, 小泉 瑠理子, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電気学会研究会資料. LAV, 光応用・視覚研究会 2007年01月
  • 高木 一人, 別当屋敷, 元太, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2006年09月 
    光による生体透視イメージングを実現するためには,生体内における光散乱が大きな障害となっている.生体組織の強い散乱特性により,一般生体組織に入射した光の大部分は散乱され,入射光軸から離れた領域を伝搬してくる.そのため,得られる空間分解能は低く,透視像はボケた劣化画像となる.そこで我々は,散乱体内の伝搬光路を制御することにより光伝搬領域を制限する手法を考案した.実験的検討をとおし,提案原理の有効性を確認した.また,生体模擬ファントムを用いて透視イメージングを行い,イメージングに対する提案手法の有効性を確認した.
  • 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一
    生体医工学 : 日本エム・イー学会誌 2006年06月
  • 小泉 瑠理子, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2006年01月 
    経皮蛍光イメージングにおいて, 生体組織の散乱による画像の劣化が大きな問題となる. この問題の解決をめざして基礎的検討を行った. まず理論より導出した点拡がり関数(PSF)を用い, 蛍光体の深さが既知の場合にデコンボリューションによる画像改善が有効であることを実験により確かめた. 次にこの手法の実用性を高めるため, 蛍光体の深さを推定する方法を新たに考案した. この方法により, 蛍光体深さが未知の場合にも, 体表で観察された劣化画像から体内蛍光体をイメージングすることが可能となる. 提案手法の有効性を生体の散乱特性を模擬するファントムを用いた実験によって検証した.
  • 浪田 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2005年03月 
    これまで開発してきた後方散乱光の時間分解計測による散乱体断層イメージング手法の実用化に向け, 基礎的検討を行った. 提案手法における吸光度推定誤差の大きさ, 推定値再現性の低さ等の問題が, 提案原理の本質的欠陥なのか, 技術的に解決可能なものなのかを調べた. 光源強度の増大を図るとともに, 生体を模擬する固体ファントムを開発して実験的検討を行った. その結果, 光源強度を約100倍増加することにより推定誤差を半減できること, 対象を安定化させることにより提案手法によって再現性の高い安定した断層イメージングが可能であることが明らかとなった.
  • 渡邊 英次郎, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2005年03月 
    近赤外光による生体内部吸光度分布計測をめざして, 光と超音波の相互作用を利用する新たな手法を考案し, その可能性に関する基礎的検討を行った. 本手法は, 光が伝搬する散乱体内部に複数の超音波変調領域を設け, それらの領域を結ぶ直線に沿った伝搬光を選択的に検出しようとするものである. まず, 選択的信号検出の可能性を確かめた. 次に, 検出光の伝搬領域を調べ, 2変調領域を結ぶ直線に沿った信号をとらえていることを確かめた. さらに, 散乱体内部吸光度計測を試み, 本手法により散乱の影響を軽減できる可能性を示した.
  • 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2005年03月 
    実用的な生体光透視を実現するためには, 透過光の中の散乱光成分を抑制する必要がある. これまで提案してきた散乱光成分抑制法を二次元投影の光透視イメージングに適用するには, 機械的走査が必要であった. そこで, 新たに機械的走査を必要としない散乱光成分抑制法を考案した. この手法は, 入射光軸に沿って伝搬してきた光と入射光軸から離れた領域を伝搬してきた散乱光とでは, 散乱が増加した際の出射面における透過減衰量が異なる, という現象を利用したものである. 実験的検討をとおし, 散乱濃度可変媒質に対する提案手法の有効性を確認した. しかしこの方法では生体への直接適用は難しい. そこで, 散乱板を用いることにより散乱濃度不可変媒質に対しても提案原理を適用できるよう提案手法を改良し, 生体における有効性を確認した.
  • 高原 周作, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2004年03月 
    光と超音波とを共用し生体内の位置情報および機能情報を取得することをめざし,基礎的な検討を行った.超音波で散乱体内の伝搬光を変調し変調部位の光学情報を得るためには,光の人出射点と変調部位の間における光散乱の影響が障害となる.これに対し,低コヒーレント光干渉法の応用を考え,この手法を実現する実験システムの特性に関する検討,および提案手法による生体内超音波変調信号検出可能性の検討を行った.まず,光源の特性が検出信号に及ぼす影響を調べ,光源コビーレンス長の増大が,検出可能深さの増加に有効なことを検証した.また,生体軟組織を模擬したファントムを用い,本手法により散乱係数不連続界面が検出可能なことを示した.これらより提案手法の生体組織における有効性が明らかになった.
  • 清水 健, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2004年03月 
    生体表層付近の光イメージングをめざし,散乱体内部光伝搬に関する基礎的検討を行った.まず散乱係数の変化に伴う,コリメート成分減光度,偏光度,可干渉度の変化を実験的に求め,対象とする散乱領域を調べた.その結果,生体組織で1〜3mm付近から多重散乱の影響が現れ始めることがわかった.この領域では,従来一般的に用いられている拡散方程式の解か不適となることから,新たな定式化を試みた.イメージングに必要な散乱体透過光の時・空間的広がりは,輸送方程式に微小角近似を適用し,平面波入射を仮定することにより解析解として定式化できる.得られた解析解の妥当性を実験的に検証したところ,拡散方程式が適用不可能な領域においても,定常誤差はあるもののパルス幅の変化の割合を良く示していることが確認された.この解により,生体組織のようなランダム媒質を散乱透過した光の時・空間的広がりを予測することができる.
  • 渡辺 拓, 高原 周作, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2003年03月 
    光と超音波とを共用し生体内の位置情報および機能情報を取得することをめざし、基礎的な検討を行った。超音波で散乱体内の伝搬光を変調する場合、受光信号から変調部位の情報を検出する方法が重要となる。本研究では、Optical Coherence Tomography(OCT)の基本原理を適用し、散乱体内の超音波変調部位と光の人出射点の間を直線的に伝搬する光のみを検出する手法を新たに提案した。本手法を実現する実験システムを構築し、超音波変調信号の検出可能性を確かめた。また、検出信号の散乱体内伝搬経路を調べ、本手法によって散乱の影響を抑制しつつほぼ直線的に伝搬する光のみを抽出できることを確かめた。さらに本手法による吸光度計測を試み、散乱媒質内であっても吸光度の定量計測が可能なことを示した。これらの結果から、本手法による生体内機能情報取得の可能性が得られた。
  • 栃尾 幸司, 高 義礼, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2003年03月 
    生体内部情報の経皮イメージングをめざし、反射型蛍光イメージングについての基礎的検討を行った。まずファントムを用いた実験により、散乱体内における蛍光像の劣化の度合を調べた。この劣化を改善するために点広がり関数(PSF)によるデコンボリューションを利用することとした。ファントム実験によりPSFを求め、その深さ依存性を解析することによって、PSFを深さの関数として求めた。得られたPSFを用いて異なる深さの蛍光イメージングを行い、可視深さが2倍程度向上することを示した。本手法の有用性を調べるため動物実験を行い、ラット脳血管および体幹部の蛍光イメージを得た。深さ依存PSFによる改善を行い、提案手法の有効性を実証した。
  • 秋山 浩司, 西田 洋平, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2003年03月 
    近赤外域の後方散乱光計測による生体断層イメージングをめざし、基礎的検討を行った。乱体に短パルス光を入射し、後方散乱光の時間分解波形を計測することにより、深さ方向吸光度分布を推定することができる。この推定には、散乱体内部の光伝搬密度の時間[変化(光路長分布)が必要となる。これまで光路長分布は主としてシミュレーションによって求められてきた。これに対し本研究では、実測により光路長分布を求める方法を考案した。また、3層構造のモデルファントムを用いた実験をとおし、本手法の有効性を検証した。さらに、散乱体内部吸光物質のイメージングをとおし、本手法による断層イメージングの可能性を示した。
  • 岡本 康志, 北間 正崇, 三澤 顕次, 有澤 準二, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2002年11月 
    生体組織は光の強散乱体であるため内部吸光情報の定量イメージングは困難であるとされてきた.これに対し本研究では,近軸散乱光を用いた生体内吸光情報のイメージングを目指し,散乱角差分法に時間分解計測法を組み合わせた手法について検討を行った.試料には実際の生体を考慮し,中心部と周辺部の吸収係数が異なる円筒形物体を散乱体に埋め込んだ多層吸光散乱体を用いた.時間分解計測により得られた投影データからCT像を再構成した結果,散乱角差分法の持つ高い空間分解能で層状の吸収係数分布を反映したCTイメージングが実現でき,本手法の有効性を確認した.
  • 加藤 祐次, 秋山 浩司, 清水 孝一
    生体・生理工学シンポジウム論文集 2002年09月
  • 佐藤 文彦, 佐々木 寿一, 加藤 祐次, 清水 孝一
    生体・生理工学シンポジウム論文集 2002年09月
  • 佐藤 文彦, 佐々木 寿一, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2002年03月 
    光による生体の断層イメージングをめざし,時間分解差分法による近軸散乱光の検出可能性,およびその有用性について基礎的検討を行った.時間分解差分法によって得られた検出光成分の時間的・空間的特性を調べ,近軸散乱光成分が効率よく検出されることを確認した.不均一散乱体の吸光度計測において,time-gating法との比較をとおし、本手法による吸収係数推定の可能性とその誤差を示した.これらの結果をもとに,散乱体内吸収係数分布の断層イメージングを試みた.その結果,time・gating法に比べ,空間分解能と再構成結果の安定性において優れた断層像が得られることを示した.
  • 加藤 祐次, 秋山 浩司, 清水 孝一
    レーザー学会学術講演会年次大会講演予稿集 = Annual meeting of the Laser Society of Japan digest of technical papers 2002年01月
  • 秋山 浩司, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電気学会基礎・材料・共通部門大会講演論文集 = Proceeding of Annual Conference of Fundamentals and Materials Society, IEE Japan 2001年09月
  • 清水 孝一, 堀江 浩文, 秋山 浩司, 加藤 祐次
    レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 2001年09月
  • 山岡 将, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2001年03月 
    生体内の吸光度分布再構成の精度向上をめざし, 超音波を用いることを考えた. その基礎的検討として, 超音波照射による屈折率変化が後方散乱光時間分解波形に与える影饗をシミュレーションにより検討した. その結果, 時間分解波形のピーク時刻とピーク強度に変化が見られることを見出した. また入射超音波の波長や位相とそれらの変化の関係を明らかにした. さらに, 層状に吸光度の異なる散乱体において, 超音波照射が各層の光路長分布を変化させることを明らかにし, 吸光度分布再構成への利用可能性を示した.
  • 藤原 功, 高 義礼, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2001年03月 
    生体透視イメージングにおける画像改善をめざし、透視像劣化現象の基礎的解析を行った。解析では、輸送方程式に微小角近似を適用して散乱体内の光伝搬を表す式を基本とした。平面波入射およびガウス関数状散乱パターンの条件のもとこれを解き、解析解として PSF を導出した。得られた解は、ESF の広がりをよく表現するだけではなく、吸収減衰に加え拡散減衰も表現し得るものであった。次に解析解の妥当性を調べるため実測を行った。散乱体濃度の増加に伴う PSF の広がり幅の変化傾向は、導出解とよく一致するものであった。PSF広がり幅の誤差を評価したところ、光学距離(O.D.)が 5 まではほぼ 30%以内の誤差であることが確かめられた。これらの結果から、求めた解析解が生体表層付近内部構造の光透視に利用可能であると考えられる。
  • 堀江 浩文, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 2001年03月 
    光による生体断層イメージングをめざし後方散乱光の時間分解波形を用いた体内吸光度分布再構成法を開発した. 本手法は, 複数波長の近赤外光を用いて得られる時間分解波形に対し, 予め求めた光路長分布より生体の吸収係数分布を定量的に推定するものである. シミュレーションよって得られた時間分解波形をもとに, 層状に分割した生体モデルの吸収係数分布の再構成を行なった. 予め与えた吸収係数分布と本手法によって再構成された吸収係数分布の比較を通して, 本手法が生体程度の吸収係数と散乱係数を持つ媒質に対して有効であることが確認された. また, 逆問題解法の安定性や種々の誤差の検討を行ない, 生体への適用可能性を明らかにした.
  • 高 義礼, 加藤 祐次, 清水 孝一
    レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 1999年11月
  • 高木 謙太郎, 加藤 祐次, 北間 正崇, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1999年03月 
    生体のような散乱体を透過した光の中には、前方への散乱を繰り返し入射光軸に沿って伝搬する成分が存在すると考えられる。この近軸散乱光の分離・抽出をめざし、これまでの空間的手法に対し、時間分解手法を導入した。これにより、広域散乱成分を除くための差分処理における正確な重み係数の決定が可能となる。また、近軸散乱光の光路長の伸びを特定することも可能となる。実験システムを構築し、本原理の有効性を調べた。その結果、明らかに近軸領域を通過した成分を分離・抽出できること, および近軸領域の吸収係数を推定できることが実証された。
  • 山崎 欣哉, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1999年03月 
    生体内の光散乱に対し、連続光を強度変調することにより、原理的には時間分解手法と同等の解析を行うことが出来ると考えられる。本研究では、まだ充分に検討されていない不均一吸収分布を有する光散乱媒質の周波数特性について主にシミュレーションにより検討を行った。透過系と反射系のモデルについて吸収分布の周波数領域における影響をそれぞれ検討した結果、実用的なモデルを想定した場合、透過系に比べ反射系の層状構造モデルにおいて、その変化が顕著に現れることが明らがとなった。更に、その周波数特性の変化は吸収層の吸収係数や位置に強く依存することが分かった。
  • 池谷 雅生, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1998年03月 
    OCTによる生体機能イメージングを目指し, 実験的検討を行った.17μm程度の空間分解能およびイメージングの可能性を確認した後, 散乱係数や吸収係数の不連続面における干渉信号強度の評価を行った.その結果, 散乱係数が変化しても, 干渉信号強度は大きく影響されないことがわかった.また, OCTにより吸収係数が異なる界面を検出可能なこと, および吸収係数変化を干渉信号強度としてとらえ得ることが見出された.さらに散乱体中に存在する吸収物体の検出を試み, 界面をイメージングすることができた.これらの結果, OCTによる生体機能イメージングの可能性が示された.
  • 粟田 陽, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1998年01月 
    光による生体断層イメージング (光CT) の一手法として、後方散乱光を用いて散乱体内部の吸光度分布を求める手法を開発した。本手法により、ヘモグロビンの酸素化状態等の生体機能情報を無侵襲的にとらえることが可能となる。本手法では、生体にインパルス光を入射したときに得られる、後方散乱光の時間分解波形を利用する。すなわち、時間分解波形の検出時刻に応じた光路長分布とその時刻での吸光情報をもとに、媒質の深さ方向の吸光度分布を推定する。生体モデルに対するシミュレーションを通して、本手法の有効性を確かめた。
  • 戸谷 伸之, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1997年03月 
    ワイヤレスで多数の医用機器の集中制御やデータ集中管理を行う新たな手法の開発をめざし,スペクトル拡散方式による多チャネルデータの空間光伝送の可能性を検討した.我々の開発したシステムにおいて,予備変調方式をASKからPSKに換え,誤り制御に自動再送要求方式を導入した.さらに,受信側の相関器の入力レベルをAGCにより安定化させた.これらの改良により,我々の旧システムでは不可能であったCNRが負の領域でのデータ伝送を可能とした.実際の心電図伝送実験をとおし,CNRが0付近までは良好な伝送ができることを確認した.またCNRが-1以下になると急速に伝送品質が劣化する問題点も見出された.
  • 平山 智昭, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1997年03月 
    生体の光透視や光CT実現のためには,生体組織の強い散乱特性が大きな障害となっている.散乱の影響を抑制して散乱体内部構造のvisibilityを改善することをめざし,散乱のランダム性を平滑化する方法を新たに考案した.本研究では,実験をとおしその可能性の基礎的検討を行った.まず,visibilityを定量化して解析することにより,本手法による改善の程度を調べた.また,平面状ならびに立体的散乱体を用い,実際に散乱体背後の構造のイメージングを試みた.その結果,visibilityが向上し,内部構造の認識が可能となることを実証した.さらに,本原理の実用化をめざし,回転系における有効性についても確認した.
  • 原田 賢未, 加藤 祐次, 清水 孝一
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1997年03月 
    散乱媒質中の光伝搬を解析する有力な手法として,短パルス光を試料に入射し得られた時間分解波形を用いる方法がある.これに対し我々は,より簡便で実用的な手法として,強度変調した連続光を用い,試料からの出射光の周波数特性から時間分解波形を再構成することを考えた.実験システムを開発し,種々の散乱・吸収を持つ試料に対し,本手法で時間分解波形を再構成した.短パルス光源とストリークカメラを用いて時間分解波形を直接計測し,再構成波形の妥当性を検証した.その結果,周波数帯域制限の影響はあるものの,試料の散乱・吸収特性を正しく反映する波形が得られることが明らかとなった.
  • 鈴村 将人, 加藤 祐次, 宮城 光信
    電子情報通信学会総合大会講演論文集 1997年03月 
    Er:YAGレーザは光を含む電磁波の中で水に対する吸収が最も大きいということから, 歯科無痛治療等の医療分野で大きく注目されている。筆者等は, このEr:YAGレーザ光用の伝送路としてポリイミド樹脂内装銀中空ガラス導波路の開発を行ってきている。今回, 導波路の長さをこれまでの1 m程度から2 m程度と長尺にして製作を行い, その伝送特性の測定を行った。また, 導波路の機械強度の評価も行ったので, 併せて報告する。
  • 清水 孝一, 加藤 祐次, 山本 克之
    レーザー学会学術講演会年次大会講演予稿集 = Annual meeting, of the Laser Society of Japan digest of technical papers 1997年01月
  • 清水 孝一, 加藤 祐次, 山本 克之
    レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 1996年07月
  • 鈴村 将人, 王 ゆう, 加藤 祐次, 本郷 晃人, 宮城 光信
    レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 1996年07月
  • 高谷 淳, 北間 正崇, 加藤 祐次, 清水 孝一, 山本 克之, 金子 守
    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 1996年03月 
    低コヒーレンス性の光源を利用し, 生体組織の断層イメージング(optical coherence tomography)を行うことが可能である. この手法はこれまで, 主に生体組織の形態情報をとらえるものであった. これに対し, ヘモグロビンの酸素飽和度等, 生体の機能情報を取得することをめざし基礎的検討を行った. その結果, 本手法により強い散乱を抑制しつつ散乱体内部の吸光度変化を検出できることが明らかになった. また本手法を血液に適用し, 血中ヘモグロビンの酸素化状態の変化を検出できる可能性が確かめられた.
  • 久保田 智, 加藤 祐次, 赤間 洋介, 宮城 光信
    電子情報通信学会総合大会講演論文集 1996年03月 
    赤外域に発振波長を持つ高出力レーザ光の伝送路として、石英キャピラリーチューブ内に銀層並びに有機樹脂薄膜を有する、誘電体内装中空導波路が提案されている。銀層の成膜には簡便な銀鏡反応が用いられているが、銀中空導波路の特性は誘電体内装後の伝送路の特性に大きな影響を及ぼす。本報告では、光学特性の測定及びSEMによる銀中空導波路の内面観察から、銀中空導波路製作の最適条件について報告する。
  • 鈴村 将人, 加藤 祐次, 下村 剛弘, 宮城 光信
    レーザー学会学術講演会年次大会講演予稿集 = Annual meeting, of the Laser Society of Japan digest of technical papers 1996年01月
  • 王 〓, 加藤 祐次, 下村 剛弘, 宮城 光信
    レーザー学会学術講演会年次大会講演予稿集 = Annual meeting, of the Laser Society of Japan digest of technical papers 1996年01月
  • 加藤 祐次, 宮城 光信
    レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 1995年08月
  • 大澤 光生, 加藤 祐次, 宮城 光信, 阿部 眞一, 相澤 勝, 小野寺 信治
    電子情報通信学会総合大会講演論文集 1995年03月 
    Er:YAGレーザ等の高出力赤外レーザ光は医療分野、工業加工分野においての応用が盛んに進められている。それらレーザ光をフシキシブルかつ高効率に伝送する装置として誘電体内装中空導波路が研究されており、筆者らはガラスキャピラリーチューブ内面に銀鏡反応及び弗素樹脂(FCP)のDip-coatingによりFCP内装銀中空ガラス導波路(FCP/Ag導波路)を製作している。本論文において、銀鏡反応による銀チューブ製作の再現性の向上及び低損失化、また製作したFCP/Ag導波路の損失波長特性、及びEr.YAGレーザ光伝送特性について報告する。
  • 加藤 祐次, 大澤 光生, 久保田 智, 宮城 光信, 阿部 眞一, 相澤 勝, 小野寺 信治
    レーザー学会学術講演会年次大会講演予稿集 = Annual meeting, of the Laser Society of Japan digest of technical papers 1995年01月
  • 加藤 祐次, 大澤 光生, 宮城 光信, 相澤 勝, 阿部 眞一, 小野寺 信治
    電子情報通信学会技術研究報告. OCS, 光通信システム 1994年11月 
    医療用赤外レーザ光伝送媒体として、内付け・液相コーティング技術を用いて、内径700μm長さ1m程度のポリイミド樹脂内装銀中空ガラス導波路を製作した。損失波長特性及びEr:YAGレーザ光の伝送特性の測定より、低損失な医療用に適した導路波の実現の可能性が明らかとなった。耐熱性に優れているポリイミド樹脂を用いることにより、製作される導波路は無毒性及び耐環境性に優れた特性を有し、また母材にフレキシブル石英キャピラリーチューブを用いたことにより、この導波路は高い操作性が期待できることが分かった。

その他活動・業績

  • 体動アーチファクトが波長および測定モードの異なる光電容積脈波に与える影響
    松村 健太, 任田 崇吾, 加藤 祐次 電子情報通信学会技術研究報告(MEとバイオサイバネティックス) 120 (62) 9 -11 2020年06月 
    本研究では、10Hz以上の体動アーチファクト成分が波長および測定モードの異なる光電容積脈波に与える影響について調べた。用いた光源は青、緑、赤、近赤外の4種のLEDであり、測定モードは反射と透過の2種とした。12人の被験者を対象に指振り実験を行い、心拍数帯域を信号、10〜20Hzをノイズとして、脈波波形のS/N比を求めた。その結果、S/N比は高い方から、緑色反射型、青色反射型、近赤外反射型、近赤外透過型、赤色反射型、赤色透過型の順であった。これより、体動アーチファクトに高周波成分が含まれる場合でも、緑色あるいは青色反射型、近赤外反射型を用いるのが良いと分かった。(著者抄録)
  • ディジタル位相共役光による散乱抑制におけるコヒーレンス長の影響
    任田 崇吾, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告(MEとバイオサイバネティックス) 119 (97) 11 -15 2019年06月 
    光イメージングにおいて、生体組織の光散乱特性は透視像を劣化させるため、大きな問題となる。我々は散乱抑制にディジタル位相共役光を利用した生体内部構造の透視イメージングの実現を目指している。今回は、以前に比べコヒーレンス長の長い光源を用い、提案手法による散乱抑制能に対する光源コヒーレンス長の影響を明らかにした。また、散乱体の散乱係数および厚さを変えながら、散乱体通過後の光から通過前の光形状復元を行った。その結果より、長コヒーレンス長光源を用いて開発したシステムの適用範囲を明らかにするとともに、適用範囲の決定要因を明確化した。(著者抄録)
  • Sogo Toda, Yuji Kato, Nobuki Kudo, Koichi Shimizu Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE 10886 2019年01月01日 [査読無し][通常論文]
     
    © COPYRIGHT SPIE. Downloading of the abstract is permitted for personal use only. Strong scattering in turbid medium is a severe difficulty for optical imaging and measurement in an animal body. Therefore, the suppression of scattering effect is crucially important in many applications of biomedical optics. In the optical transillumination imaging of an animal body, this effect appears as strong blurring of the image. This blurring poses a fundamentally important difficulty restricting the practical application of transillumination imaging. Therefore, we have attempted to suppress scattering effect using the time-reversal ability of phase-conjugate light. For our previous study, we constructed a digital system to generate light not only with conjugated phase but also with the same intensity distribution as non-scattered signal light. Using this system, we were able to restore the pattern of incident light from the blurred image because of time-reversal propagation of the phase-conjugate light. In comparison to a case with phase information only, we found that addition of the intensity information greatly improves the scattering suppression capability of the time-reversal principle. However, our pilot study showed this ability was valid only for the scattering medium with the optical distance OD less than 1. This report describes the improvement of our measurement system to make the scattering suppression possible for turbid media with OD of more than 1 using a light source with a longer coherence length. Scattering suppression was effective for spatial frequencies of 0.4-1.0 lp/mm through the scattering medium up to OD=1.8.
  • 光による生体内部3次元透視イメージングおよび機能イメージングの実現
    清水 孝一, 加藤 祐次, 北間 正崇, 立野 繁之 福田記念医療技術振興財団情報 (31) 133 -139 2018年12月
  • 後方散乱光を用いた血中トリグリセリド濃度の非侵襲的計測法 予備的検証
    松村 健太, 加藤 祐次, 飯永 一也, 清水 孝一 脂質栄養学 26 (2) 208 -208 2017年08月
  • 光透視による支台歯マージン形状の検出の試み(第3報)
    上田 康夫, 加藤 祐次, 山口 泰彦, 清水 孝一 日本補綴歯科学会誌 9 (特別号) 235 -235 2017年06月
  • Sogo Toda, Yuji Kato, Nobuki Kudo, Koichi Shimizu Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 10251 2017年 [査読無し][通常論文]
     
    For transillumination imaging of an animal body, we have attempted to suppress the scattering effect in a turbid medium. It is possible to restore the optical image before scattering using phase-conjugate light. We examined the effect of intensity information as well as the phase information for the restoration of the original light distribution. In an experimental analysis using animal tissue, the contributions of the phase-and the intensity-information to the image restoration through turbid medium were demonstrated.
  • Kazuhiro Nishida, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu OPTICAL TOMOGRAPHY AND SPECTROSCOPY OF TISSUE XI 9319 2015年 [査読有り][通常論文]
     
    We have proposed a new nonlinear inversion technique to estimate the spatial distribution of the absorption coefficient (mu(a)) in the depth direction of a turbid medium by spatially resolved backscattering measurement. With this technique, we can obtain cross-sectional image of mu(a) as deep as the backscattered light traveled even when the transmitted light through the medium cannot be detected. In this technique, the depth distribution of absorption coefficient is determined by iterative calculation using the spatial path-length distribution (SPD) of traveled photons as a function of source-detector distance. In this calculation, the variance of path-length of many photons in each layer is also required. The SPD and the variance of path-length are obtained by Monte Carlo simulation using a known reduced scattering coefficient (mu(s)'). Therefore, we need to know the mu(s)' of the turbid medium beforehand. We have shown in computer simulation that this technique works well when the mu(s)' is the typical values of mammalian body tissue, or 1.0 /mm. In this study, the accuracy of the mu(a) estimation was analyzed and its dependence on the mu(s)' was clarified quantitatively in various situations expected in practice. 10% deviations in mu(s)' resulted in about 30% error in mu(a) estimation, in average. This suggested that the measurement or the appropriate estimation of mu(s)' is required to utilize the proposed technique effectively. Through this analysis, the effectiveness and the limitation of the newly proposed technique were clarified, and the problems to be solved were identified.
  • 田中宏幸, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2014 ROMBUNNO.6AA7 2014年10月 [査読無し][通常論文]
  • Tran Trung Nghia, Yamamoto Kohei, Namita Takeshi, Kato Yuji, Shimizu Koichi BIOMEDICAL APPLICATIONS OF LIGHT SCATTERING VIII 8952 2014年 [査読有り][通常論文]
  • 小川大貴, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2013 ROMBUNNO.14AD8 2013年11月 [査読無し][通常論文]
  • 大場一寛, 横山直弥, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2013 ROMBUNNO.14AD9 2013年11月 [査読無し][通常論文]
  • 夏目裕也, 浪田健, 加藤祐次, 北間正崇, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2013 ROMBUNNO.12AA2 2013年11月 [査読無し][通常論文]
  • 山本航平, 田中宏幸, NGHIA Tran Trung, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2013 ROMBUNNO.14PD1 2013年11月 [査読無し][通常論文]
  • Shimizu, K., Namita, T., Kato, Y. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social-Informatics and Telecommunications Engineering, LNICST 61 173 -178 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    For a new optical body area network (BAN) technique, a fundamental study was conducted of optical data transmission through a human body using diffusely scattered light. The frequency bandwidth for data transmission was restricted by the effect of strong scattering inside body tissues. In experiments using human bodies, the possibility of the transmission up to 100 MHz was confirmed. Using the linear equalization process, we can transmit an 800 MHz square wave signal. Data transmission of around 200 mm distance in a human hand was possible. To overcome problems of noise, multipath transmission, and the instantaneous interruption of data transmission, the space diversity (SD) technique was applied to stabilize data communications. The SD technique effectiveness was confirmed through analysis using real optical impulse responses. The feasibility of BAN using diffusely scattered light in the body was verified through these analyses. © Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering 2013.
  • Junkichi Akiyama, Daisuke Seki, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu 2013 7TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MEDICAL INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY (ISMICT) 14 -17 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    To examine the practical potential of an optical body area network (BAN) technique, a feasibility study was conducted of optical data transmission through a human hand using diffusely scattered light. The data transmission of 170 mm distance in a human hand was accomplished to show the possibility of the data transmission from the wrist to the fingertips in an adult hand. The frequency bandwidth for data transmission was restricted by the effect of strong scattering inside body tissues. In experiments using a human hand, the bandwidth was measured to be 2.80 GHz. The feasibility of BAN using diffusely scattered light in the body was verified through these analyses.
  • Kazuhiro Nishida, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu OPTICAL TOMOGRAPHY AND SPECTROSCOPY OF TISSUE X 8578 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    To estimate the depth distribution of the absorption coefficient in a turbid medium, a new nonlinear inversion technique was developed. It can resolve important shortcomings of the nonlinear error of conventional linear inversion techniques. First, a turbid medium is divided into imaginary layers with arbitrary thickness. The spatial pathlength distribution (SPD) is obtained for each layer in the Monte Carlo simulation as a function of source-detector distance. In the integral operation using SPDs, we can obtain the absorption coefficient of each layer, or the depth distribution of absorption. This inversion process is based on the assumption that the light attenuation is linear with respect to the small pathlength of a photon. However, if we consider the variance of pathlength of many photons in each layer, then this assumption produces nonlinear error. We developed a technique to solve this problem in the following three steps. First, the initial values of absorption coefficient of each layer are obtained using a conventional linear inverse matrix assuming that variance of pathlength of many photons does not exist. Then, improved absorption coefficients are obtained with these initial values and the pathlength variance of many photons using the same matrix. In this way, the nonlinear error is corrected. Repeating this process, the improved absorption coefficient approaches a true value. The effectiveness of the proposed technique was confirmed in the Monte Carlo simulation. The effect of measurement noise was analyzed in the simulation.
  • Taiki Matsuura, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu 2013 35TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC) 1795 -1798 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    In transillumination imaging of an animal body with near-infrared light, the shallower structure appears clearer. Therefore, we can reconstruct the three dimensional (3D) image of the shallow structure using the transillumination images as the projection images. In the 3D reconstruction, it may be better to use the projection images of limited observation-angle range rather than those from 360 degrees range. We investigated this possibility and devised a new technique to reconstruct the 3D image of the light absorbing structure in shallow region of a turbid medium. This technique is applicable to the turbid object without any a priori knowledge on the angular position of the absorbing structure. The feasibility of the proposed technique was verified in experiments.
  • Tran Trung Nghia, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu 2013 35TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC) 2644 -2647 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    In transillumination imaging of an animal body using near-infrared light, the image is blurred due to the strong scattering in the tissue. We have devised the depth-dependent point spread function (PSF) to suppress the scattering effect in fluorescent imaging. In this study, we applied this principle and developed a technique to reconstruct the absorbing structure in turbid medium without using fluorescent material. In experiments, the feasibility and effectiveness of the proposed technique were verified.
  • Jiao Xia, Takeshi Namita, Yuji Kato, Koichi Shimizu Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS 2648 -2651 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    The depth of fluorescent source is required to suppress the scattering effect in transcutaneous fluorescent imaging. We have developed a technique to estimate the depth using two light sources. However, with this technique, the reduced scattering coefficient (μs') and the absorption coefficient (μa) of the scattering medium have to be known a priori. To eliminate this requirement, we devised a technique that uses three excitation sources. The feasibility of the proposed technique was verified in both computer simulation and experiment. It was demonstrated that we could estimate the depth of the fluorescent source and improve the fluorescent image even with μs' and μa variation. © 2013 IEEE.
  • 加藤祐次, 浪田健, 清水孝一 電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM) 2012 ROMBUNNO.134 2012年10月 [査読無し][通常論文]
  • 森本拓朗, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 生体医工学 50 (4) 358 2012年08月 [査読無し][通常論文]
  • 松浦太紀, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 51st ROMBUNNO.O3-09-2 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 杉山慶多, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 51st ROMBUNNO.O3-10-3 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 小幡恭平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 51st ROMBUNNO.O3-10-5 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 小幡恭平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2012 ROMBUNNO.24PA9 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 奥山雄基, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 51st ROMBUNNO.O3-09-4 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 松田康志, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 51st ROMBUNNO.O3-10-1 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 高橋博樹, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 51st ROMBUNNO.O3-09-3 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 奥山雄基, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2012 ROMBUNNO.24PA12 2012年 [査読無し][通常論文]
  • 森本拓朗, 浪田健, 大場一寛, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2012 ROMBUNNO.24PA14 2012年 [査読無し][通常論文]
  • NGHIA Tran Trung, YAMAMOTO Kohei, NAMITA Takeshi, KATO Yuji, SHIMIZU Koichi Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2012 ROMBUNNO.23PA6 2012年 [査読無し][通常論文]
  • WEI Dingding, NAMITA Takeshi, KATO Yuji, SHIMIZU Koichi 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 51st ROMBUNNO.O3-10-2 2012年 [査読無し][通常論文]
  • Takeshi Namita, Masayuki Kawashima, Yuji Kato, Koichi Shiniizu 2011 Int. Quantum Electron. Conf., IQEC 2011 and Conf. Lasers and Electro-Optics, CLEO Pacific Rim 2011 Incorporating the Australasian Conf. Optics, Lasers and Spectroscopy and the Australian Conf. 1696 -1698 2011年 [査読無し][通常論文]
     
    The effect of absorption inhomogeneity on μ s estimation of a scattering medium with a newly proposed technique was investigated. The estimation error was significantly reduced from that with a conventional technique. © 2011 IEEE.
  • 高橋博樹, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2011 ROMBUNNO.29PD12 2011年 [査読無し][通常論文]
  • XIA Jiao, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2011 ROMBUNNO.29PD11 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 大谷真史, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2011 ROMBUNNO.29PD3 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 西田和弘, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2011 ROMBUNNO.29AD4 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 西田浩平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2011 ROMBUNNO.30AF7 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 松田康志, 飛澤直哉, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2011 ROMBUNNO.29PD9 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 戸澤英二, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 50th ROMBUNNO.O3-6-6 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 嶋野心, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 50th ROMBUNNO.O3-6-4 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 飛澤直哉, 松田康志, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 50th ROMBUNNO.O3-6-5 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 西田浩平, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 50th ROMBUNNO.O3-7-3 2011年 [査読無し][通常論文]
  • XIA Jiao, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 50th ROMBUNNO.O3-7-2 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 嶋野心, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集 2010 324 -325 2010年11月 [査読無し][通常論文]
  • 飛澤直哉, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集 2010 326 -327 2010年11月 [査読無し][通常論文]
  • 柿沼 寛之, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 109 (460) 95 -100 2010年03月02日 [査読無し][通常論文]
     
    従来より厚い生体に適用可能な手法の実現をめざし,弱拡散光を用いた生体透視イメージング法の有効性を実験的に検証した.空間的および時間的解析をとおし,提案手法により,強拡散光中の弱拡散光成分を抽出できることを明らかにした.生体模擬ファントムおよび生体試料を用い,透視像における顕著な改善効果を実証した.また,シャープネス改善度から散乱体内部吸光物体の深さを推定する方法を新たに開発した.実証をとおし,深さ推定法の安定性および生体への適用可能性を明らかにした.
  • 柿田 瞬, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 109 (460) 101 -106 2010年03月02日 [査読無し][通常論文]
     
    新たな人体光通信の実現をめざし,体内散乱光を用いたデータ伝送の可能性を調べた.実験により手指部におけるデータ伝送可能な体内距離を調べた.その結果,我々の送受光系で,約100mm距離のデータ伝送が可能であった.体内光通信では,伝搬路のノイズ,マルチパス伝搬,局所吸収体による伝送路遮断の問題がある.これらの対策として,スペースダイバーシティ(SD)方式によるデータ通信の安定化を図った.シミュレーションにより,SD方式の有効性を明らかにした.また,SD方式における信号合成法の比較を行い,本目的には最大比合成法が適していることを明らかにした.
  • 清水 篤史, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 109 (460) 133 -138 2010年03月02日 [査読無し][通常論文]
     
    径皮蛍光イメージングには生体組織の光散乱により像が劣化してしまうという問題があるが,深さ依存PSFを用いれば散乱の影響を抑制することができる.そこで,大小2種の口径の円状光源を用い散乱体内部の蛍光体深さを推定する方法を新たに考案した.まず,単体の蛍光体において本手法の有効性を検証した.次に,提案手法を,異なる深さの複数蛍光怖が存在する場合にも使えるよう拡張した.生体模擬ファントムや生体試料を用いた実験を通し,提案手法による深さ推定及び画像改善の有用性を確認した.
  • 竹下 祐介, 加藤 祐次, 伊達 広行, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 109 (460) 139 -143 2010年03月02日 [査読無し][通常論文]
     
    点拡がり関数(PSF)を用いた経皮蛍光像改善法による蛍光血管造影の実現をめざし,新たな手法を考案した.本手法では,血管内留置ステントに蛍光標識することでPSFを実測により求め,それを用いて血管の明瞭な蛍光像を得る.まず,シミュレーションにより,提案手法の基本原理を確認した.次に,生体模擬試料を用いた実験により,提案手法の有効性を検証した.これにより,留置ステントにおける血管再狭窄の光による繰り返し検査の可能性が確かめられた.
  • TRIRONGJITMOAH Suchin, SAKURAI Toshihiro, NISHIBATA Yuka, NAMITA Takeshi, KATO Yuji, IINAGA Kazuya, CHIBA Hitoshi, SHIMIZU Koichi 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 49th ROMBUNNO.PS3-5-1 2010年 [査読無し][通常論文]
  • 竹下祐介, 加藤祐次, 伊達広行, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集 2009 52-53 2009年11月24日 [査読無し][通常論文]
  • 清水篤史, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集 2009 54-55 2009年11月24日 [査読無し][通常論文]
  • 柿沼寛之, 高木一人, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集 2009 48-49 2009年11月24日 [査読無し][通常論文]
  • TRIRONGJITMOAH Suchin, SAKURAI Toshihiro, NISHIBATA Yuka, NAMITA Takeshi, KATO Yuji, IINAGA Kazuya, CHIBA Hitoshi, SHIMIZU Koichi Optics & Photonics Japan講演予稿集 2009 64 -65 2009年11月 [査読無し][通常論文]
  • 浪田健, 大谷真史, 川島雅之, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集 2009 62 -63 2009年11月 [査読無し][通常論文]
  • 川島雅之, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 Optics & Photonics Japan講演予稿集 2009 50 -51 2009年11月 [査読無し][通常論文]
  • トライロンジットモア スチン, 浪田健, 西端友香, 櫻井俊宏, 加藤祐次, 飯永一也, 千葉仁志, 清水孝一 生体医工学 47 (3) 321 2009年06月 [査読無し][通常論文]
  • 田中義範, 北間正崇, 有澤準二, 高木一人, 加藤祐次, 清水孝一 北海道工業大学研究紀要 (37) 271 -277 2009年03月24日 [査読無し][通常論文]
  • 根本 智幸, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 108 (479) 133 -137 2009年03月04日 [査読無し][通常論文]
     
    生体内における血管内血液の酸素化状態などの生体機能情報の取得を目指し,ドップラーOCTによる散乱,吸収特性の計測および吸収物質の濃度計測の手法を考案した.散乱媒質の流れから起こるドップラー信号強度をOCTにより空間分解し,複数位置の信号強度から散乱または吸収による減衰を計測することができる.またこの原理から,二波長の光を用いた計測により,血管内を流れる特定成分の濃度を計測することができる.血管モデルとしてアクリルチューブ内に吸収散乱媒質を流した試料を用いた実験的検討をとおし,これらの可能性を明らかにした.
  • 天井 健次, 高木 一人, 加藤 祐次, 天野 和彦, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 108 (479) 127 -132 2009年03月04日 [査読無し][通常論文]
     
    身につけた認証センサをトランスポンダとして利用することにより,認証動作なしの個人認証が可能となる.このような次世代個人認証の実現をめざし,常時装着可能な静脈認証センサの開発を行っている.センサ部では,円環状光源のエピイルミネーションによって血管像を円内に光透視する.実用化に向け小型化を図るため,LEDを円周上に等間隔に配置した.体内からの後方散乱光の不均一分布は,光拡散理論に基づく不均一減光フィルタにより均一化する.離散光源に起因する不均一性の影響の検討,および空間周波数の低い画像ムラを補正する方法の検討などをとおし,明瞭な血管透視像の取得が可能となった.
  • 志田 元毅, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 108 (479) 89 -93 2009年03月04日 [査読無し][通常論文]
     
    生体内部蛍光体の断層イメージングをめざし,散乱の影響を抑制しつつ断層像を得る新たな手法を考案した.まず,散乱により劣化した蛍光像を,全周方向から体表で撮影する.次に,深さ依存点拡がり関数を用いて,深さを特定しつつ散乱の影響を抑制した透視像を復元する.これを投影像として逆投影することにより,断層像が得られる.シミュレーション,ファントム実験,生体試料を用いた実験により,提案手法の可能性と有効性を検討した.
  • 田中 義範, 北間 正崇, 有澤 準二, 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一 電気学会研究会資料. MBE, 医用・生体工学研究会 2009 (1) 27 -32 2009年01月23日 [査読無し][通常論文]
  • 近久智哉, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 48th ROMBUNNO.23AMP1-1-7 2009年 [査読無し][通常論文]
  • 浪田健, 川島雅之, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 48th ROMBUNNO.23AMP1-1-6 2009年 [査読無し][通常論文]
  • 清水孝一, 金澤瑠維, 川島雅之, 浪田健, 加藤祐次 電気学会基礎・材料・共通部門大会講演論文集(CD-ROM) 2008 ROMBUNNO.XIX-3 2008年08月 [査読無し][通常論文]
  • 後藤 康夫, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 107 (541) 49 -52 2008年03月06日 [査読無し][通常論文]
     
    散乱体内部吸収構造の簡便な深さ選択イメージングの実現を目的とし,複数光源,面撮像装置,および画像差分等の画像処理を組み合わせた新たな手法を考案した.本手法は,体表上の光源位置が異なると体内散乱光の伝搬領域が異なることを利用し,その違いを画像差分処理により検出するものである.まず拡散理論に基づくシミュレーションにより,考案手法の有効性を確認した.次に生体模擬ファントムを用いた実験により,考案手法の生体組織への適用可能性を明らかにした.さらに,イメージング対象の吸収体深さが未知の場合への適用可能性を示した.
  • 斎藤 俊英, 柿田 瞬, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 107 (541) 57 -60 2008年03月06日 [査読無し][通常論文]
     
    体内機器からの情報伝送の高度化を目指し,光を用いた生体内情報伝送について基礎的検討を行った.まず,生体内における強い光散乱の影響を調べるため,周波数帯域の推定を行った.生体組織を用いた実験により,100MHzまでの信号伝送が可能であることを確認した.次に周波数帯域の拡大を目指し,種々の信号処理手法の比較検討を行った.その結果,線形等価処理を用いることにより800Mbpsの矩形波伝送が可能なことを明らかにした.さらに,通信精度向上のためスペクトル拡散通信(SS通信)の適用を考えた.その結果,SS通信により900Mcpsの伝送が可能であることを確認した.
  • 別当屋敷, 元太, 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 106 (592) 25 -28 2007年03月09日 [査読無し][通常論文]
     
    光による生体透視イメージングをめざし,近軸散乱光を抽出する方法の改良を試みた.光入射光学系を工夫することにより,近軸散乱光の抽出性能の向上を図った.実験的検討を通し,改良方式により抽出性能を10dB程度向上できることを検証した.また,一般的なコリメート検出系に比べ,散乱体内部伝搬領域を大きく制限して近軸領域に限定できることを確かめた.さらに,散乱体内部吸光度分布の計測を試み,空間分解能よく定量性の高い計測の可能性を示した.
  • 遠藤 友樹, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 106 (592) 33 -36 2007年03月09日 [査読無し][通常論文]
     
    散乱体内部の光子計測を目指し,超音波変調法と低コヒーレンス光鑑賞法を組み合わせた手法につき基礎的検討を行った.鏡などの強い反射体を用いずに,均一散乱体内部の超音波信号をとらえることに成功した.この光信号を用いた散乱体の吸収係数計測の可能性や本手法の適用限界を明らかにした.これらの結果に基づき,散乱体内部の吸収分布のイメージングを試み,その可能性を実証した.
  • 松原 慎一, 高木 一人, 加藤 祐次, 天野 和彦, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 106 (592) 61 -64 2007年03月09日 [査読無し][通常論文]
     
    バイオメトリクス認証への応用をめざし,厚い生体組織にも適用可能な反射型光透視法につき基礎的検討を行った.円環状光源を用いて得られる反射型光透視像の輝度不均一性を補正するため,不均一減光フィルタを設計した.このフィルタにより,輝度分解能は約8倍向上し,観測可能視野が4倍以上に拡大することが示された.被験者間の散乱・吸収特性の変動を考慮し,不均一減光フィルタを製作した.得られたフィルタを用いてヒト体表での実測を行い,観測可能領域全域にわたり良好なS/Nで反射型光透視像が得られることを確かめた.
  • 板垣 秀信, 小泉 瑠理子, 加藤 祐次, 清水 孝一 電気学会研究会資料. LAV, 光応用・視覚研究会 2007 (1) 1 -5 2007年01月12日 [査読無し][通常論文]
  • 遠藤 友樹, 加藤 祐次, 清水 孝一 電気学会研究会資料. LAV, 光応用・視覚研究会 2007 (1) 7 -12 2007年01月12日 [査読無し][通常論文]
  • 久保善弘, 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM) 46th ROMBUNNO.PS1-14-9 2007年 [査読無し][通常論文]
  • 浪田健, 金澤瑠維, 加藤祐次, 清水孝一 日本分光学会講演要旨集 2006 136 -137 2006年11月 [査読無し][通常論文]
  • 浪田健, 金澤瑠維, 加藤祐次, 清水孝一 電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM) 2006 ROMBUNNO.142 2006年10月 [査読無し][通常論文]
  • 高木 一人, 別当屋敷, 元太, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 106 (253) 13 -16 2006年09月18日 [査読無し][通常論文]
     
    光による生体透視イメージングを実現するためには,生体内における光散乱が大きな障害となっている.生体組織の強い散乱特性により,一般生体組織に入射した光の大部分は散乱され,入射光軸から離れた領域を伝搬してくる.そのため,得られる空間分解能は低く,透視像はボケた劣化画像となる.そこで我々は,散乱体内の伝搬光路を制御することにより光伝搬領域を制限する手法を考案した.実験的検討をとおし,提案原理の有効性を確認した.また,生体模擬ファントムを用いて透視イメージングを行い,イメージングに対する提案手法の有効性を確認した.
  • 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一 生体医工学 : 日本エム・イー学会誌 44 (2) 314 -315 2006年06月10日 [査読無し][通常論文]
  • 浪田健, 金澤瑠雄, 加藤祐次, 清水孝一 日本生体医工学会大会プログラム・論文集 45th 604 2006年05月 [査読無し][通常論文]
  • 小泉 瑠理子, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 105 (578) 29 -32 2006年01月21日 [査読無し][通常論文]
     
    経皮蛍光イメージングにおいて, 生体組織の散乱による画像の劣化が大きな問題となる. この問題の解決をめざして基礎的検討を行った. まず理論より導出した点拡がり関数(PSF)を用い, 蛍光体の深さが既知の場合にデコンボリューションによる画像改善が有効であることを実験により確かめた. 次にこの手法の実用性を高めるため, 蛍光体の深さを推定する方法を新たに考案した. この方法により, 蛍光体深さが未知の場合にも, 体表で観察された劣化画像から体内蛍光体をイメージングすることが可能となる. 提案手法の有効性を生体の散乱特性を模擬するファントムを用いた実験によって検証した.
  • 浪田健, 加藤祐次, 清水孝一 日本ME学会大会論文集 44th 331 2005年04月 [査読無し][通常論文]
  • 高木 一人, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 104 (757) 1 -4 2005年03月23日 [査読無し][通常論文]
     
    実用的な生体光透視を実現するためには, 透過光の中の散乱光成分を抑制する必要がある. これまで提案してきた散乱光成分抑制法を二次元投影の光透視イメージングに適用するには, 機械的走査が必要であった. そこで, 新たに機械的走査を必要としない散乱光成分抑制法を考案した. この手法は, 入射光軸に沿って伝搬してきた光と入射光軸から離れた領域を伝搬してきた散乱光とでは, 散乱が増加した際の出射面における透過減衰量が異なる, という現象を利用したものである. 実験的検討をとおし, 散乱濃度可変媒質に対する提案手法の有効性を確認した. しかしこの方法では生体への直接適用は難しい. そこで, 散乱板を用いることにより散乱濃度不可変媒質に対しても提案原理を適用できるよう提案手法を改良し, 生体における有効性を確認した.
  • 渡邊 英次郎, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 104 (757) 5 -8 2005年03月23日 [査読無し][通常論文]
     
    近赤外光による生体内部吸光度分布計測をめざして, 光と超音波の相互作用を利用する新たな手法を考案し, その可能性に関する基礎的検討を行った. 本手法は, 光が伝搬する散乱体内部に複数の超音波変調領域を設け, それらの領域を結ぶ直線に沿った伝搬光を選択的に検出しようとするものである. まず, 選択的信号検出の可能性を確かめた. 次に, 検出光の伝搬領域を調べ, 2変調領域を結ぶ直線に沿った信号をとらえていることを確かめた. さらに, 散乱体内部吸光度計測を試み, 本手法により散乱の影響を軽減できる可能性を示した.
  • Shimizu K, Tochio K, Kato Y Conference proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference 3 3141 -3144 2005年 [査読有り][通常論文]
  • 清水 健, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 103 (730) 31 -36 2004年03月10日 [査読無し][通常論文]
     
    生体表層付近の光イメージングをめざし,散乱体内部光伝搬に関する基礎的検討を行った.まず散乱係数の変化に伴う,コリメート成分減光度,偏光度,可干渉度の変化を実験的に求め,対象とする散乱領域を調べた.その結果,生体組織で1〜3mm付近から多重散乱の影響が現れ始めることがわかった.この領域では,従来一般的に用いられている拡散方程式の解か不適となることから,新たな定式化を試みた.イメージングに必要な散乱体透過光の時・空間的広がりは,輸送方程式に微小角近似を適用し,平面波入射を仮定することにより解析解として定式化できる.得られた解析解の妥当性を実験的に検証したところ,拡散方程式が適用不可能な領域においても,定常誤差はあるもののパルス幅の変化の割合を良く示していることが確認された.この解により,生体組織のようなランダム媒質を散乱透過した光の時・空間的広がりを予測することができる.
  • 高原 周作, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 103 (730) 37 -41 2004年03月10日 [査読無し][通常論文]
     
    光と超音波とを共用し生体内の位置情報および機能情報を取得することをめざし,基礎的な検討を行った.超音波で散乱体内の伝搬光を変調し変調部位の光学情報を得るためには,光の人出射点と変調部位の間における光散乱の影響が障害となる.これに対し,低コヒーレント光干渉法の応用を考え,この手法を実現する実験システムの特性に関する検討,および提案手法による生体内超音波変調信号検出可能性の検討を行った.まず,光源の特性が検出信号に及ぼす影響を調べ,光源コビーレンス長の増大が,検出可能深さの増加に有効なことを検証した.また,生体軟組織を模擬したファントムを用い,本手法により散乱係数不連続界面が検出可能なことを示した.これらより提案手法の生体組織における有効性が明らかになった.
  • 秋山 浩司, 西田 洋平, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 102 (727) 1 -4 2003年03月11日 [査読無し][通常論文]
     
    近赤外域の後方散乱光計測による生体断層イメージングをめざし、基礎的検討を行った。乱体に短パルス光を入射し、後方散乱光の時間分解波形を計測することにより、深さ方向吸光度分布を推定することができる。この推定には、散乱体内部の光伝搬密度の時間[変化(光路長分布)が必要となる。これまで光路長分布は主としてシミュレーションによって求められてきた。これに対し本研究では、実測により光路長分布を求める方法を考案した。また、3層構造のモデルファントムを用いた実験をとおし、本手法の有効性を検証した。さらに、散乱体内部吸光物質のイメージングをとおし、本手法による断層イメージングの可能性を示した。
  • 栃尾 幸司, 高 義礼, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 102 (727) 57 -60 2003年03月11日 [査読無し][通常論文]
     
    生体内部情報の経皮イメージングをめざし、反射型蛍光イメージングについての基礎的検討を行った。まずファントムを用いた実験により、散乱体内における蛍光像の劣化の度合を調べた。この劣化を改善するために点広がり関数(PSF)によるデコンボリューションを利用することとした。ファントム実験によりPSFを求め、その深さ依存性を解析することによって、PSFを深さの関数として求めた。得られたPSFを用いて異なる深さの蛍光イメージングを行い、可視深さが2倍程度向上することを示した。本手法の有用性を調べるため動物実験を行い、ラット脳血管および体幹部の蛍光イメージを得た。深さ依存PSFによる改善を行い、提案手法の有効性を実証した。
  • 渡辺 拓, 高原 周作, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 102 (727) 61 -64 2003年03月11日 [査読無し][通常論文]
     
    光と超音波とを共用し生体内の位置情報および機能情報を取得することをめざし、基礎的な検討を行った。超音波で散乱体内の伝搬光を変調する場合、受光信号から変調部位の情報を検出する方法が重要となる。本研究では、Optical Coherence Tomography(OCT)の基本原理を適用し、散乱体内の超音波変調部位と光の人出射点の間を直線的に伝搬する光のみを検出する手法を新たに提案した。本手法を実現する実験システムを構築し、超音波変調信号の検出可能性を確かめた。また、検出信号の散乱体内伝搬経路を調べ、本手法によって散乱の影響を抑制しつつほぼ直線的に伝搬する光のみを抽出できることを確かめた。さらに本手法による吸光度計測を試み、散乱媒質内であっても吸光度の定量計測が可能なことを示した。これらの結果から、本手法による生体内機能情報取得の可能性が得られた。
  • 岡本 康志, 北間 正崇, 三澤 顕次, 有澤 準二, 加藤 祐次, 清水 孝一 北海道工業大学研究紀要 31 (0) 81 -86 2003年03月 [査読無し][通常論文]
  • 岡本 康志, 北間 正崇, 三澤 顕次, 有澤 準二, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 102 (481) 17 -20 2002年11月21日 [査読無し][通常論文]
     
    生体組織は光の強散乱体であるため内部吸光情報の定量イメージングは困難であるとされてきた.これに対し本研究では,近軸散乱光を用いた生体内吸光情報のイメージングを目指し,散乱角差分法に時間分解計測法を組み合わせた手法について検討を行った.試料には実際の生体を考慮し,中心部と周辺部の吸収係数が異なる円筒形物体を散乱体に埋め込んだ多層吸光散乱体を用いた.時間分解計測により得られた投影データからCT像を再構成した結果,散乱角差分法の持つ高い空間分解能で層状の吸収係数分布を反映したCTイメージングが実現でき,本手法の有効性を確認した.
  • 佐藤 文彦, 佐々木 寿一, 加藤 祐次, 清水 孝一 生体・生理工学シンポジウム論文集 17 (0) 333 -336 2002年09月09日 [査読無し][通常論文]
  • 加藤 祐次, 秋山 浩司, 清水 孝一 生体・生理工学シンポジウム論文集 17 (0) 337 -340 2002年09月09日 [査読無し][通常論文]
  • 佐藤 文彦, 佐々木 寿一, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 101 (733) 79 -84 2002年03月11日 [査読無し][通常論文]
     
    光による生体の断層イメージングをめざし,時間分解差分法による近軸散乱光の検出可能性,およびその有用性について基礎的検討を行った.時間分解差分法によって得られた検出光成分の時間的・空間的特性を調べ,近軸散乱光成分が効率よく検出されることを確認した.不均一散乱体の吸光度計測において,time-gating法との比較をとおし、本手法による吸収係数推定の可能性とその誤差を示した.これらの結果をもとに,散乱体内吸収係数分布の断層イメージングを試みた.その結果,time・gating法に比べ,空間分解能と再構成結果の安定性において優れた断層像が得られることを示した.
  • 加藤 祐次, 秋山 浩司, 清水 孝一 レーザー学会学術講演会年次大会講演予稿集 = Annual meeting of the Laser Society of Japan digest of technical papers 22 (0) 229 -230 2002年01月01日 [査読無し][通常論文]
  • 秋山 浩司, 加藤 祐次, 清水 孝一 電気学会基礎・材料・共通部門大会講演論文集 = Proceeding of Annual Conference of Fundamentals and Materials Society, IEE Japan 2001 (0) 2001年09月21日 [査読無し][通常論文]
  • 清水 孝一, 堀江 浩文, 秋山 浩司, 加藤 祐次 レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 289 (0) 17 -23 2001年09月07日 [査読無し][通常論文]
  • 堀江 浩文, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 100 (685) 63 -70 2001年03月15日 [査読無し][通常論文]
     
    光による生体断層イメージングをめざし後方散乱光の時間分解波形を用いた体内吸光度分布再構成法を開発した. 本手法は, 複数波長の近赤外光を用いて得られる時間分解波形に対し, 予め求めた光路長分布より生体の吸収係数分布を定量的に推定するものである. シミュレーションよって得られた時間分解波形をもとに, 層状に分割した生体モデルの吸収係数分布の再構成を行なった. 予め与えた吸収係数分布と本手法によって再構成された吸収係数分布の比較を通して, 本手法が生体程度の吸収係数と散乱係数を持つ媒質に対して有効であることが確認された. また, 逆問題解法の安定性や種々の誤差の検討を行ない, 生体への適用可能性を明らかにした.
  • 藤原 功, 高 義礼, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 100 (685) 71 -76 2001年03月15日 [査読無し][通常論文]
     
    生体透視イメージングにおける画像改善をめざし、透視像劣化現象の基礎的解析を行った。解析では、輸送方程式に微小角近似を適用して散乱体内の光伝搬を表す式を基本とした。平面波入射およびガウス関数状散乱パターンの条件のもとこれを解き、解析解として PSF を導出した。得られた解は、ESF の広がりをよく表現するだけではなく、吸収減衰に加え拡散減衰も表現し得るものであった。次に解析解の妥当性を調べるため実測を行った。散乱体濃度の増加に伴う PSF の広がり幅の変化傾向は、導出解とよく一致するものであった。PSF広がり幅の誤差を評価したところ、光学距離(O.D.)が 5 まではほぼ 30%以内の誤差であることが確かめられた。これらの結果から、求めた解析解が生体表層付近内部構造の光透視に利用可能であると考えられる。
  • 山岡 将, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 100 (685) 91 -96 2001年03月15日 [査読無し][通常論文]
     
    生体内の吸光度分布再構成の精度向上をめざし, 超音波を用いることを考えた. その基礎的検討として, 超音波照射による屈折率変化が後方散乱光時間分解波形に与える影饗をシミュレーションにより検討した. その結果, 時間分解波形のピーク時刻とピーク強度に変化が見られることを見出した. また入射超音波の波長や位相とそれらの変化の関係を明らかにした. さらに, 層状に吸光度の異なる散乱体において, 超音波照射が各層の光路長分布を変化させることを明らかにし, 吸光度分布再構成への利用可能性を示した.
  • 深見 裕子, 芦田 廣, 小原 實, 守本 裕司, 橋新 裕一, 冨田 和弘, 永田 博之, 深井 拓也, 中西 淳, 松岡 久典, 清水 孝一, 部谷 学, 高木 謙太郎, 加藤 祐次, 北間 正崇, 近江 雅人, 倉田 高行, 春名 正光, 毛利 慎太郎, 阿部 由起雄, 松浦 祐司, 笠井 孝夫, 粟津 邦男, 石 芸尉, 宮城 光信, 潘 志均, 今野 勇治, 相澤 芳三, 佐々木 理江, 布山 裕章, 粟津 邦夫, 中村 昌弘, 桑田 真宏, 島田 知明, 中山 斌義, 松谷 貴臣, 西田 嘉夫, 山中 正宣, 井澤 靖和, 中井 貞雄, 佐藤 雄二, 徳永 裕人, 小川 泰洋, 大室 仁, 佐藤 俊一, 原田 夏樹, パレル ジャンマリー, 村原 正隆, 小倉 誠, 脇坂 仁, 成瀬 恭太, 住吉 哲実, 清島 祥一, 関田 仁志, 瀬口 健至, 荒井 恒憲, 浅沼 宏, 阪田 功, 竹村 健, 中島 進, 石原 美弥, 川内 聡子, 菊地 眞 レーザー研究 29 (0) 221 -222,224 2001年 [査読無し][通常論文]
  • 高 義礼, 加藤 祐次, 清水 孝一 レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 268 (0) 23 -27 1999年11月12日 [査読無し][通常論文]
  • 山崎 欣哉, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 98 (671) 39 -46 1999年03月18日 [査読無し][通常論文]
     
    生体内の光散乱に対し、連続光を強度変調することにより、原理的には時間分解手法と同等の解析を行うことが出来ると考えられる。本研究では、まだ充分に検討されていない不均一吸収分布を有する光散乱媒質の周波数特性について主にシミュレーションにより検討を行った。透過系と反射系のモデルについて吸収分布の周波数領域における影響をそれぞれ検討した結果、実用的なモデルを想定した場合、透過系に比べ反射系の層状構造モデルにおいて、その変化が顕著に現れることが明らがとなった。更に、その周波数特性の変化は吸収層の吸収係数や位置に強く依存することが分かった。
  • 高木 謙太郎, 加藤 祐次, 北間 正崇, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 98 (671) 53 -59 1999年03月18日 [査読無し][通常論文]
     
    生体のような散乱体を透過した光の中には、前方への散乱を繰り返し入射光軸に沿って伝搬する成分が存在すると考えられる。この近軸散乱光の分離・抽出をめざし、これまでの空間的手法に対し、時間分解手法を導入した。これにより、広域散乱成分を除くための差分処理における正確な重み係数の決定が可能となる。また、近軸散乱光の光路長の伸びを特定することも可能となる。実験システムを構築し、本原理の有効性を調べた。その結果、明らかに近軸領域を通過した成分を分離・抽出できること, および近軸領域の吸収係数を推定できることが実証された。
  • 池谷 雅生, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 97 (621) 57 -63 1998年03月19日 [査読無し][通常論文]
     
    OCTによる生体機能イメージングを目指し, 実験的検討を行った.17μm程度の空間分解能およびイメージングの可能性を確認した後, 散乱係数や吸収係数の不連続面における干渉信号強度の評価を行った.その結果, 散乱係数が変化しても, 干渉信号強度は大きく影響されないことがわかった.また, OCTにより吸収係数が異なる界面を検出可能なこと, および吸収係数変化を干渉信号強度としてとらえ得ることが見出された.さらに散乱体中に存在する吸収物体の検出を試み, 界面をイメージングすることができた.これらの結果, OCTによる生体機能イメージングの可能性が示された.
  • 粟田 陽, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 97 (525) 87 -94 1998年01月31日 [査読無し][通常論文]
     
    光による生体断層イメージング (光CT) の一手法として、後方散乱光を用いて散乱体内部の吸光度分布を求める手法を開発した。本手法により、ヘモグロビンの酸素化状態等の生体機能情報を無侵襲的にとらえることが可能となる。本手法では、生体にインパルス光を入射したときに得られる、後方散乱光の時間分解波形を利用する。すなわち、時間分解波形の検出時刻に応じた光路長分布とその時刻での吸光情報をもとに、媒質の深さ方向の吸光度分布を推定する。生体モデルに対するシミュレーションを通して、本手法の有効性を確かめた。
  • 原田 賢未, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 96 (581) 57 -62 1997年03月17日 [査読無し][通常論文]
     
    散乱媒質中の光伝搬を解析する有力な手法として,短パルス光を試料に入射し得られた時間分解波形を用いる方法がある.これに対し我々は,より簡便で実用的な手法として,強度変調した連続光を用い,試料からの出射光の周波数特性から時間分解波形を再構成することを考えた.実験システムを開発し,種々の散乱・吸収を持つ試料に対し,本手法で時間分解波形を再構成した.短パルス光源とストリークカメラを用いて時間分解波形を直接計測し,再構成波形の妥当性を検証した.その結果,周波数帯域制限の影響はあるものの,試料の散乱・吸収特性を正しく反映する波形が得られることが明らかとなった.
  • 平山 智昭, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 96 (581) 63 -69 1997年03月17日 [査読無し][通常論文]
     
    生体の光透視や光CT実現のためには,生体組織の強い散乱特性が大きな障害となっている.散乱の影響を抑制して散乱体内部構造のvisibilityを改善することをめざし,散乱のランダム性を平滑化する方法を新たに考案した.本研究では,実験をとおしその可能性の基礎的検討を行った.まず,visibilityを定量化して解析することにより,本手法による改善の程度を調べた.また,平面状ならびに立体的散乱体を用い,実際に散乱体背後の構造のイメージングを試みた.その結果,visibilityが向上し,内部構造の認識が可能となることを実証した.さらに,本原理の実用化をめざし,回転系における有効性についても確認した.
  • 戸谷 伸之, 加藤 祐次, 清水 孝一 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 96 (581) 85 -90 1997年03月17日 [査読無し][通常論文]
     
    ワイヤレスで多数の医用機器の集中制御やデータ集中管理を行う新たな手法の開発をめざし,スペクトル拡散方式による多チャネルデータの空間光伝送の可能性を検討した.我々の開発したシステムにおいて,予備変調方式をASKからPSKに換え,誤り制御に自動再送要求方式を導入した.さらに,受信側の相関器の入力レベルをAGCにより安定化させた.これらの改良により,我々の旧システムでは不可能であったCNRが負の領域でのデータ伝送を可能とした.実際の心電図伝送実験をとおし,CNRが0付近までは良好な伝送ができることを確認した.またCNRが-1以下になると急速に伝送品質が劣化する問題点も見出された.
  • 清水 孝一, 加藤 祐次, 山本 克之 レーザー学会学術講演会年次大会講演予稿集 = Annual meeting, of the Laser Society of Japan digest of technical papers 17 (0) 308 -311 1997年01月01日 [査読無し][通常論文]
  • 清水 孝一, 加藤 祐次, 山本 克之 レーザー学会研究会報告 = Reports on the Topical meeting of the Laser Society of Japan 230 (0) 37 -42 1996年07月25日 [査読無し][通常論文]
  • 高谷 淳, 北間 正崇, 加藤 祐次, 清水 孝一, 山本 克之, 金子 守 電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス 95 (597) 19 -24 1996年03月19日 [査読無し][通常論文]
     
    低コヒーレンス性の光源を利用し, 生体組織の断層イメージング(optical coherence tomography)を行うことが可能である. この手法はこれまで, 主に生体組織の形態情報をとらえるものであった. これに対し, ヘモグロビンの酸素飽和度等, 生体の機能情報を取得することをめざし基礎的検討を行った. その結果, 本手法により強い散乱を抑制しつつ散乱体内部の吸光度変化を検出できることが明らかになった. また本手法を血液に適用し, 血中ヘモグロビンの酸素化状態の変化を検出できる可能性が確かめられた.

特許

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 位相共役光の時間反転伝搬を用いた新たな生体内部機能局所計測技術の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的研究(開拓)
    研究期間 : 2020年07月 -2023年03月 
    代表者 : 清水 孝一, 加藤 祐次, 北間 正崇, 任田 崇吾, 犬島 浩
  • 無侵襲血液成分モニタリングのための血中微粒子濃度の経皮光学計測技術の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    研究期間 : 2020年04月 -2023年03月 
    代表者 : 加藤 祐次, 清水 孝一, 橋本 守, 松村 健太
  • 無侵襲生体内部分光のための位相共役波による時間反転計測技術の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    研究期間 : 2018年06月 -2020年03月 
    代表者 : 清水 孝一, 加藤 祐次, 北間 正崇, 浪田 健
     
    本研究は、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入することにより、これまで実現が困難であった強い散乱体内部局所領域の選択的分光計測法の創成を目的とする。初年度の研究実績は次のとおりである。 1.理論解析により、着想を具現化するための基本的計測方法、計測条件、計測範囲などを明確化した。具体的には、(1)輸送方程式の拡散近似式からスタートし、散乱体内部の光伝搬領域の時間変化を定式化した。(2) 理論モデルをもとに、必要とされる入射光量、検出感度、計測系のSN比、計測可能深さ等の解析を行った。 2.理論解析の結果をもとにシミュレーションを行い、計測対象および所要計測範囲に対する最適化を行った。具体的には、(1) 拡散方程式を基本とした理論モデルをもとに、生体内部局所領域分光を模擬するシミュレーションプログラムを開発した。(2) モンテカルロ法による光伝搬シミュレーションとの比較を通し、開発プログラムの正確さを検証した。(3)真皮組織における血液分光を具体的対象に、計測条件の最適化を図った。(4) 得られた最適化条件の妥当性を、モンテカルロシミュレーションとの比較により検証した。 3.理論解析およびシミュレーションの結果を踏まえ、散乱体内部局所領域分光計測システム実機の具体的設計開発を開始した。このシステムは、ディジタル位相共役光の利用を基本とするものであり、散乱体からの出射光の位相の空間分布をホログラムとして計測記録するCMOSカメラと、PCで計算した位相共役光の空間分布を発生させる空間位相変調器を中心に構成されている。開発した実験システムを用いた初期実験で、位相共役光の発生を確認した。 4.これらの成果を国際会議や国内学会で発表するとともに、学術誌に投稿し採択、掲載された。発表の内1件は、表彰を受けた。また、2019年10月開催の国際会議での基調講演が決定した。
  • 安全な光による生体透視と機能イメージングを実現するシステムの創成
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 
    代表者 : 清水 孝一, 浪田 健, 加藤 祐次, 北間 正崇, 犬島 浩, 大貝 晴俊, 惠 淑萍
     
    本研究は、マクロな生体内部の構造情報および機能情報を、光により3次元的に透視イメージングすることをめざし、安全で臨床応用に実用可能なシステムを開発しようとするものである。本年度は主として、初年度の基礎的検討で定められた3次元光透視原理の具体化をめざして研究を行った。具体的成果は次のとおりである。 1.以下のシミュレーションを繰り返し行い、システムパラメータの最適化を図った。 1) 輸送方程式の拡散近似解またはモンテカルロ法を用いた、拡散性散乱媒質における光伝搬のシミュレーション。 2) 光計測における誤差が吸光度推定の逆問題解に及ぼす影響のシミュレーション。 3) 3次元透視像再構成アルゴリズムのシミュレーション。 2.シミュレーションにより得られた最適化パラメータの実験的検証を行った。実用条件に合致しない場合は、1項に戻り再度シミュレーションを行った。 3.決定したシステムパラメータを実装するハードウェアおよびソフトウェアを設計した。設計にあたっては、ロボットアームのようなインテリジェント機構の利用を前提にした。またソフトウェアでは、深層学習など最新技術の援用を図った。 4.設計したシステムを、次の各段階を経てプロトタイプシステムに作り上げる工程を開始した。1) 設計に基づき、ハードウェア各部を製作するとともにソフトウェア各部を実装する。 2) ハードウェア各部、ソフトウェア各部をシステム化し、バラックシステムを作り上げる。 3) バラックシステムの動作試験を通して、システム化に起因する問題点を抽出し、その解決を図る。 4) バラックシステムを計測アプリケータ部と制御・表示用コンソール部の2筐体に統合する。 5.これらの成果を国際会議や国内学会で発表するとともに、学術誌に投稿し採択された。発表の内1件は、表彰を受けた。また、2019年10月開催の国際会議での基調講演が決定した。
  • ハイパースペクトル非線形ラマン散乱イメージングによる人工知能病理診断
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 
    代表者 : 橋本 守, 高松 哲郎, 加藤 祐次, 三宅 淳, 新岡 宏彦
     
    人工知能を用いた次々世代の病理診断およびスクリーニング技術を確立することを目的として,ハイパースペクトル非線形ラマン散乱イメージの人工知能を用いた解析により,病変部や正常部の分別,組織の分別する手法の確立を目指す. まずは,人工知能により観測データのノイズ低減による観測時間の短縮化について検討した.非線形ラマン散乱顕微鏡を用いて異なる露光時間によるCARS画像を観測し,長時間露光で観測した画像を教師データ,短時間露光で観測した画像を入力データとして深層学習を行った.また,様々な露光時間で観測した画像の画質を評価し,深層学習によって再構成した画像と比較することにより,深層学習によるノイズ低減効果を見積もった.実験結果から,深層学習を用いた再構成により,露光時間を10から15としたことに相当するイメージを取得できることがわかった.一般に広く用いられるガウシアンフィルターの場合には分解能の低下が見られるが,深層学習によれば分解能の低下を抑えながら,画質の向上をはかれることがわかった.これらの学習結果を非線形ラマン散乱硬性鏡イメージへと適用(転移学習)し,数秒の露光時間でも十分なSN比の観測が可能であることが示された. 蛍光画像により組織の分別の学習を行い,これを非線形ラマン散乱像へ転移学習することで分別精度が向上することも確かめた.非線形ラマン散乱像の取得は,蛍光観測に比べて観測時間を要するため大量のデータを取得することが難しいが,容易に大量な画像を取得することが容易な蛍光画像を用いて予備学習を行うことで,非線形ラマン散乱像の精度向上を目指すことができることがわかった.
  • マルチセンターリサーチによる日中覚醒時ブラキシズムの診断基準確立への挑戦
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 
    代表者 : 山口 泰彦, 服部 佳功, 小野 高裕, 荒井 良明, 玉置 勝司, 志賀 博, 倉澤 郁文, 田中 昌博, 津賀 一弘, 安部倉 仁, 宮脇 正一, 前田 綾, 加藤 祐次, 清水 孝一, 浪田 健, 三上 紗季, 後藤田 章人, 佐藤 華織, 永山 邦宏
     
    歯科における様々な疾患のリスクファクターとして危惧されているブラキシズムは,歯ぎしりやくいしばりに特徴づけられる反復的な顎筋の活動であり,睡眠時と覚醒時に起こり得るとされている.そのうち,睡眠時ブラキシズムについては,米国睡眠医学会(AASM)の基準など,すでに診断基準は存在する.しかし,覚醒時に関しては検査方法に関する基準,検査結果の正常と異常の判定基準ともに全くない.そこで本研究では未だ世界的に確立していない日中覚醒時ブラキシズムの診断基準を多施設共同で,世界に先駆けて確立することを目標として,超小型ウェアラブル筋電計を用いた筋電図検査によりマルチサンプルのデータを収集し,そのデータをもとに日中覚醒時ブラキシズム(d-AB)の診断基準,すなわち正常/異常閾値を検討することとした. 2017年度は,測定プロトコールの作成取り決め,臨床研究倫理委員会の承認の手続きを行った後,被験者を募り,測定を開始した.測定時には,被験者の基本情報,歯ぎしり質問票や口腔内診査用(咬耗診査)用ブラキシズムプロトコールに従った診査で,被験者情報を収集した後,被験者の日常生活下で咬筋筋電図測定を行った.日中の行動の情報は行動記録表に記載してもらい収集した.波形数計測については,振幅閾値,波形閾値,波形間隔閾値,平滑化時間の自由設定により,自動的に波形数がカウントできるプログラムを導入した.さらに波形の連続性による分類(phasic episode, tonic episode)による自動抽出プログラムを導入した. 倫理委員会による承認が当初の予想より長期間を要したため,被験者計測に係る作業が遅れたが,その後,遅れた分の被験者の測定も行うことができた.
  • 透析患者の負担軽減を目指した光による無侵襲血管イメージングシステムの構築
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 
    代表者 : 北間 正崇, 清水 孝一, 加藤 祐次
     
    慢性腎不全患者が人工透析を行う際に必要な内シャントは,頻回の穿刺等が原因で狭窄や閉塞などの血管異常が多く発生することから,日々の管理による早期診断が重要となる.血管異常の初期発見精度は担当者の経験に左右され,安定した血管状態検出による患者負荷の低減が望まれる.これに対し本研究では,申請者らが確立した拡散光利用による内シャント構造の描出技術を推し進め,これまでX 線造影が主流であった経皮的血管形成術(PTA)の施術判断を観察者の経験によらず,無侵襲かつ簡易なシステムで実現し臨床医療に貢献できるだけの学術的知見を得ることを目的とする.本年度は,提案する計測システムの臨床利用を考慮して,想定される前腕部血管構造を模擬したファントムにより計測結果の定量性を評価すると共に患者負担を低減すべくシステムの改良を行った. 1.様々な血管狭窄状態を模擬したファントムを新たに構築し,多波長計測システムによる狭窄状態の定量的抽出の可能性について検討した.昨年度に構築,検討を行った2波長同時計測システムを改良することで血管内径値の計測精度を高めることが実現でき,様々な構造の狭窄においても描出が可能なことを示した. 2.臨床利用に向けた計測システムの最適化を目指し,システムの根本から見直しを行った.その結果,カメラ部の小型化,画像取得および処理系をワンボードPCに集約すると共にオリジナルの筐体を作製することで,画像演算やデータ保存に用いる大型PCを計測現場に持ち込むことが不要となりダウンサイジングを実現した.加えて照射光の形状や患者固定部の最適化により,臨床現場で患者の精神的,身体的負担の大幅な軽減が可能な計測システムを構築できた.
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    研究期間 : 2016年04月 -2018年03月 
    代表者 : 清水 孝一, 加藤 祐次, 工藤 信樹, 北間 正崇, 犬島 浩
     
    本研究では、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入し、これまで実現が困難であった拡散性散乱体内部局所領域の選択的分光実現の道を拓くことをめざして、次の成果を得た。 1. 理論解析により、着想を具現化するための基本的計測方法を明確化した。2. シミュレーションを通し、提案手法の機能最適化を図った。3. 位相共役波による時間反転原理を実現する散乱体計測システムを開発した。4. 生体模擬試料を用い開発システムの性能を明らかにした。5. トリささみ肉の実験により生体組織への適用可能性を実証した。6. OSAのBiomedical Optics Express誌に採択掲載された。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    研究期間 : 2015年04月 -2018年03月 
    代表者 : 上田 康夫, 清水 孝一, 加藤 祐次, 山口 泰彦, 田口 湧
     
    口腔内スキャナーで計測できない部分を捉える手法として近赤外線の利用を検討した.軟組織に見立てて生ハムを巻いたメラミン製支台歯の咬合面から近赤外線レーザー光を照射し,人工歯の内部で散乱した光を入射光軸に直交する位置に設置した赤外線カメラで撮像した.得られた透視画像の輝度値を分析してマージン部の形状を生成した.しかし,生成できた形状は画像の奥行方向に対する誤差が大きく,本来の形状とはかなりずれたものとなった.より正確な形状を捉えるには,情報量を増す,光の強度や照射方向と撮像方向を再検討する,切削バーの形状を考慮した探索領域の絞り込みを行う,などが必要と考えられた.
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2014年04月 -2018年03月 
    代表者 : 山越 憲一, 加藤 祐次, 山越 健弘, 李 知炯, 清水 孝一
     
    国際糖尿病連合によれば2015年の糖尿病人口は4億1,500万人に上り、我が国は世界9位の糖尿病大国である。その疾病管理には血糖計測が不可欠で、特に採血不要の非観血計測が最も望ましく、それが実用されれば糖尿病予備軍や健常人のヘルスケアにも適用できるが、未だに実用化の成功事例はない。我々は近赤外光を用いた非侵襲血糖計測のための革新的・独創的な方法論(パルス・グルコメトリ)を提案し、基礎的検討を進めてきた。本法の実用化には、グルコースの吸光波長域での光電容積信号を高精度・高感度かつ簡便に検出する新手法が必須であり、本研究ではその開発に力点を置き,世界初の実用化の礎を目指した先駆的研究を遂行した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2013年04月 -2016年03月 
    代表者 : 清水 孝一, 工藤 信樹, 加藤 祐次, 北間 正崇, 千葉 仁志
     
    生体内部のマクロな構造を光により3次元的に透視イメージングすることをめざし、新原理を集約した手法を創出した。シミュレーション解析による最適化の後、計測システムを開発した。開発システムの特性を解析し、必要な改良を図った。動物実験により、放射線被曝のない安全な近赤外光を用い、実験用小動物の内部構造をイメージングできる可能性を実証した。また、臓器形状だけではなく、組織酸素化状態などの機能情報もイメージングできる可能性が確かめられた。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    研究期間 : 2012年04月 -2015年03月 
    代表者 : 北間 正崇, 清水 孝一, 浪田 健, 加藤 祐次
     
    本研究は、人工透析時に造設する内シャント部の血管構造異状を早期に診断可能な血管イメージングシステムの実現を目指して行った。光生体計測の知見に基づき、生体の光拡散特性を積極的に利用することで無侵襲かつコンパクトな装置で血管構造を観察する計測システムを構築した。また血管内構造の描出を目指した画像処理アルゴリズムを開発し、前腕部模擬試料を対象とした計測により有効性を実証した。さらに生体分光技術を組み合わせることで血管性状変化描出の可能性を示した。これにより提案システムの有効性ならびに有用性を示すことが出来た。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    研究期間 : 2011年 -2013年 
    代表者 : 加藤 祐次, 清水 孝一
     
    散乱媒質中の蛍光体深さと厚さを同時に推定する簡便な手法を新たに開発した。本手法では、多波長複数配置光源群の励起光を用い、蛍光体の深さと厚さを同時推定する。この計測原理確率確立のため,数値解析および生体試料実験等において、蛍光体深さと厚さと蛍光強度比の関係を検証した。その結果、深さと厚さ推定が原理的に可能であり、また生体組織への適用性も確かめられた。最後に、生体模擬ファントムを用いて蛍光体の深さ厚さの同時推定を行った。推定された深さ情報から散乱により劣化した蛍光像を改善した。更に厚さ情報を加えて3次元再構成することで、蛍光体の3次元像の取得が可能であることを示し、提案手法の有用性を明らかにした。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    研究期間 : 2011年 -2012年 
    代表者 : 清水 孝一, 工藤 信樹, 加藤 祐次, 浪田 健
     
    生体組織への適用を念頭に、これまで困難であった強散乱体内部局所領域の選択的分光の実現をめざし研究を行った。2年間にわたる研究の結果、実用性の高い後方散乱光計測システムにより体内局所領域の吸光度を定量計測する手法を開発した。これにより、体表からの正確な無侵襲吸光度計測、および介在組織の影響を排除した体表からの組織スペクトル計測の可能性が拓かれた。この成果を、学術誌や国内外の会議において発表した。また本研究の成果を含む特許を出願した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2009年 -2012年 
    代表者 : 清水 孝一, 工藤 信樹, 加藤 祐次, 北間 正崇, 千葉 仁志
     
    生体内部の構造情報および機能情報を光により3次元的に透視イメージングすることをめざし、新原理に基づく新たな手法を創出するとともに、その可能性を実証するシステムを開発した。これにより、放射線被曝のない安全な近赤外光を用い、実験用小動物やヒト四肢などの内部構造をイメージングできる可能性が実証された。また、臓器形状だけではなく、組織酸素化状態などの機能情報もイメージングできる可能性が確かめられた。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    研究期間 : 2008年 -2009年 
    代表者 : 清水 孝一, 加藤 祐次, 山下 政司, 北間 正崇
     
    従来、カプセル内視鏡など体内機器との通信には、電波による単純な通信方式が用いられてきた。これに対し本研究は、体内を伝搬する散乱光を積極的に用いた光通信を新たに提案し、その実現可能性を実証することを目的とする。 体内深部からの光信号は、生体組織で散乱され広く拡散していく。体表面に装着した複数の光センサでこの信号をとらえ、体内生理情報を復元する。光散乱を積極的に利用し、体表上いくつかの点に光センサを配置することにより、死角のない常に安定した信号伝送が期待できる。 本年度は、前年度までの検討内容を踏まえ、提案手法の基本をなす体内散乱光による信号伝送実験装置を試作すると共に、それを用いた実験により信号伝送方式の最適化を図った。具体的内容は次のとおりである。 1.生体内・光通信システムを試作した。 2.試作システムを用い、生体モデルファントムと生体において本手法の特性を実験的に解析した。その結果、提案手法の実現可能性が実証された。 3.種々のダイバーシティ方式の比較などを通し、提案手法の最適化を図った。その結果、提案手法の実用における有用性が実証された。 研究成果の発表:国際学術誌(Applied Optics 2件、Optics Express 1件)および国際会議(invited talk 2件を含め4件)において、本研究の成果を報告した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2006年 -2008年 
    代表者 : 清水 孝一, 下岡 聡行, 加藤 祐次, 北間 正崇, 清水 力
     
    生体の実用的な光透視実現のためには、光散乱の問題の解決が必要である。未知の点の多いsnake photonの特性を調べて生体透視へ応用することをめざし、理論的・実験的研究を行った。その結果、次の成果が得られた。イメージングに必要なsnake photonの特性を明らかにした。Snake photon の効率的な検出法を新たに考案した。実験システムを開発し、生体模擬ファントムおよび生体試料を用いたイメージングを行って、開発手法の有効性および有用性を実証した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2003年 -2005年 
    代表者 : 清水 孝一, 加藤 祐次, 山下 政司, 北間 正崇
     
    近赤外光による生体透視イメージングをめざし、snake photonを利用した高濃度散乱体内部の吸光度分布を透視イメージングする方法の開発を行った。研究の経過および成果は、以下のとおりである。 1.従来の方法(ballistic photon)では不可能と考えられてきた厚みの高濃度散乱体に対し、snake photonが検出可能なレベル出射することを、理論的・実験的解析をとおして実証した。 2.生体組織10-20mmに対応する散乱体において、強大な拡散性散乱光(diffuse photon)に埋もれたsnake photonを効率よく検出する手法を考案した。この手法は、短パルス光入射に対する時間分解波形計測を基本とする。 3.上記手法を、連続光光源を用いた連続光計測にも適用する方法を新たに考案した。 4.Snake photonを検出する装置、生体の光学的特性を模擬するモデルファントム、イメージング装置など実験システムを新たに開発した。 5.上記装置およびモデルファントムを用いてイメージング実験を行い、考案原理の妥当性、開発手法の有効性を実証した。 6.上記原理および開発手法は、高濃度散乱体内部の吸光度分布の透視イメージングを実現するものである。これをさらに進め、体内蛍光分布の透視イメージングの可能性を調べた。 7.輸送方程式に拡散近似を適用することにより、高濃度散乱体内部の光伝搬を表現する理論式を得た。これをもとに、劣化した透視イメージング像を改善する方法を新たに開発した。 8.これらの研究をとおし、snake photonを利用した生体透視イメージング実現に向けての具体化手段、実用に向けての改良課題などを明らかにした。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 若手研究(B)
    研究期間 : 2003年 -2004年 
    代表者 : 加藤 祐次
     
    生体のような高濃度散乱体おける深さ方向の光学定数分布を後方散乱光より、超音波変調法及び低コヒーレント光干渉法の機能的な結合による生体断層撮影技術開発を最終目的とする。そこで、当初の2年の研究期間内で本計測法における基礎特性の実験的検討に的を絞り、本年度は以下の事項の研究を行った。 1.吸収分布計測の計測特性の評価 前年度の結果を基に、散乱体に吸収体を均一に付加して実験ファントムを作成し、吸収係数の計測について実験的に評価を行った。更には、吸収分布を不均一の状態での計測を行い検証した。これにより計測システムの基礎技術確立を図られた。 2.本計測手法の波長特性評価システムへの拡張 生体内機能情報をより高度に取得するために、広い波長帯にわたる本手法の適用について検討を進めた。その結果より、より高機能な断層撮影技術への拡張への可能性を検討した。その結果、本手法における広帯域な波長においても本手法の有効性の確認ができた。 3.双超音波振動子による散乱体内部光伝搬経路制限の試み 近赤外光による生体内部吸光度分布計測をめざして、光と超音波の相互作用を利用する新たな手法を提案し、その可能性に関する基礎的検討を行った。提案手法は,散乱体内に2箇所以上の超音波変調領域を設け、それらを結ぶ直線に沿った伝搬光を選択的に検出するものである。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    研究期間 : 2003年 -2003年 
    代表者 : 清水 孝一, 田村 守, 加藤 祐次, 山本 克之, 青柳 卓雄, 岡田 英史
     
    光応用技術や近代医療技術のそれぞれのレベルにおいては、わが国は先進諸国中、最高水準にある。しかし生科学における光応用技術の研究や実用化については、欧米諸国に比べ遅れていると言わざるを得ない。とくに、創造的な発想や未来を切り拓く新技術開発の多くは、国外からのものに依存しているのが現状である。これに対し、最近はわが国でも、直接医療応用をめざした光応用技術の研究が盛んになりつつある。また、世界トップレベルの先端的光応用技術を利用できる環境も、徐々にではあるが整いつつある。このような背景に対し本企画調査は、医療における光応用技術の知識体系を充実させるとともに先端的光学技術の医学・医療応用の道を拓くことをめざして、特定領域研究の準備調査を行った。 医療のための光応用技術は、大きく基礎研究技術から臨床応用技術まで、目的別には観察・計測・診断・治療など、実に多岐にわたる。本企画調査では、これらを次の5分野に分けて調査活動を行った。すなわち、(1)光学基礎、(2)光学デバイス・装置、(3)光応用計測、(4)光応用イメージング、(5)光応用治療である。これらのうち(3)の分野については5月に、(5)の分野については7月に、(1),(2),(5)の分野については12月にそれぞれ発表会を行った。また、Optics Japan(日本光学会年次大会)の中で、パネルディスカッション「医療のための先端的光応用技術の今後を考える」(司会:研究代表者,パネリスト:すべて本研究の研究分担者)を開催し、本研究の重要性およびその成果を広く一般に公表した。さらに、わが国におけるこの分野の研究を体系的に総括し、特定領域研究形成に向けた具体的基盤とするため、選抜論文集の刊行を企画した。欧米の選抜論文集(Selected Papers)は多く存在するが、わが国のこの分野の選抜論文集は皆無に近いからである。各分担研究者の調査結果を集約し、取捨選択の後、400ページに及ぶ選抜論文集「医療のための光応用技術」を完成し、発行に至った。 これらの活動を通し、特定領域研究の準備という本研究の主たる目的は達成されたと考える。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 萌芽研究
    研究期間 : 2001年 -2002年 
    代表者 : 清水 孝一, 北間 正崇, 加藤 祐次
     
    生体のような高濃度散乱体にビーム光を入射しコリメート受光系で検出した場合、2種類の透過光が得られる。すなわち一度も散乱を受けずに散乱体を通過した光(ballistic photon)と、前方散乱を繰り返しつつ入射光軸にまつわりつくように散乱体を通過した光(snake photon、以下SP)である。SPの発見により、これまで不可能と考えられてきたいくつかの重要な応用に新たな可能性が開かれる。本研究では、未知の点の多いSPに対し、その基礎的な特性を明らかにするとともに、その生体透視への応用ひいては光CT実現へ向け新たな可能性を拓くことを目的とした。 本研究をとおし以下の成果が得られた。 1.散乱体中の光伝搬に対し、輸送方程式に微小角近似および拡散近似を適用することにより理論的解析を行った。それぞれの場合の出射光の空間的・時間的特性から、SPの伝搬特性を理論的に明らかにした。 2.散乱体内光伝搬のシミュレーションを行い、理論解析の結果の妥当性を検証した。また種々の実験条件に対するSPの特性を求めた。これらのうち実現可能な条件に対し実験システムを構築し、SPの検出可能性を実証するとともに、その特性の一端を実験的に明らかにした。 3.SP検出に向け、いくつかの方法を試みた。それらのうち効率的にSPを検出する方法として、差動原理に基づく手法を新たに開発した。このように検出した成分が近軸散乱成分であることを確かめるため、散乱体内部に挿入したナイフエッジのイメージングを行った。その結果、検出成分が確かにSP成分であることが実験的に検証された。これらの成果は、高濃度散乱体におけるSPの検出可能性および有効な検出法を実証したものとして、国内外ともに初めてのものと考えられる。 以上の研究により、本研究の当初の目的はほぼ達成された。今後この成果をさらに応用発展させていきたい。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 2000年 -2001年 
    代表者 : 加藤 祐次
     
    超音波技術等を導入した高性能な光生体計測技術の完成を目的として、局在的に照射された超音波による散乱粒子の振動の評価および振動周辺の光学特性の評価を中心に行った。結果は以下のようにまとめられる。 ・低コヒーレント光干渉法による振動中心と光入出射点間の光学特性検出に関する評価 前年度の結果を踏まえて、超音波の焦点と光の入出射点間を散乱成分を除き光軸上の光学特性を取得する手法を超音波照射と低コヒーレント光干渉法を組み合わせる方法を用いて検討を進めた。従来の低コヒーレント光干渉法で用いられる可干渉距離数10μmの光源では到達深度が小さいため、より可干渉距離の長い光源により到達深度が大きくする必要がある。本研究において、可干渉距離4mm程度のTi:Sapphireレーザを用いることを検討した。その結果、無散乱状態において、従来の光源と同様に変調信号を検出することが可能であることが明らかとなった。 次に、現状において不明である長い可干渉距離の光源を用いた場合における、散乱係数に対する干渉強度の評価を行い、到達深度について検討を行った。その結果、干渉強度自体は可干渉距離4mmでは、数10μmの場合より散乱係数の増加に対して減衰の割合が小さいが明らかとなり、到達深度として可干渉距離4mが有利である可能性が得られた。 以上の結果より、超音波照射と低コヒーレント光干渉法を組み合わせる方法より空間分解能mm程度、到達深度数cm程度の光生体計測法の可能性が見出された。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2000年 -2001年 
    代表者 : 清水 孝一, 安田 和則, 加藤 祐次, 下岡 聡行, 松田 成司, 山下 政司
     
    一般家庭における独居老人や在宅患者の生体情報常時モニタリングの実現をめざし、実用的なテレモニタリング手法およびそれを実現する試作システムの開発を行った。研究経過は、以下のとおりである。 1.心理的・肉体的に負担なく、日常生活の妨げとならないバイタルサインセンサとして、指輪型脈波テレメータを設計・試作した。脈波信号の品質、信号伝送距離、寸法、重量、電池寿命等の点で、実用上の要求を満たすテレメータが得られた。 2.被験者に対する低拘束性とテレメトリの広域性という相桔抗する要求を同時に満たす方法として、至近電波と移動体通信を利用する二段階テレメトリ手法を新たに考案した。 3.PHS端末を用い、上記手法を具体化する超広域テレモニタリングシステムを開発し、試作装置を作成した。 4.試作システムを用い、通常状態での動作試験および考え得る悪条件下での特性解析を行い、開発した手法および試作システムの実用性・有用性を検証した。 これらの研究をとおし、以下の成果が得られた。まず、対象者の日常生活を妨げることなく、ほとんど無意識のうちにバイタルサインを常時検出することが可能となった。また、従来家屋内に限られていたテレモニタリングの範囲を、広くほぼ国内全域にまで拡大する手法が新たに開発された。さらに、屋内屋外を共通の端末でカバーし、しかも屋内では回線使用料も不要な実用性の高い手法が得られた。そして、本手法および試作システムが、実用条件下でも良好に働くことが実証された。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 1998年 -2000年 
    代表者 : 下岡 聡行, 加藤 祐次, 山本 克之, 清水 孝一, 福島 菊郎, 江田 英雄
     
    本研究は、医療用光CTの実現をめざし、光の多波長・短パルス化による体内情報高度計測手法の実現ならびにその可能性を検証するシステムの開発を目的として行われた。その結果、以下の成果が得られた。 1.生体組織における強い光散乱現象を抑制し、強大な散乱光に含まれる微弱な直進光成分を検出する原理を考案した。 2.短パルス光と時間分解計測技術を応用し、散乱体中を直進伝搬した光成分を効率よく分離抽出する手法を開発した。さらにこれらの組み合わせにより、散乱体中でも入射光軸に沿った経路の吸光度積分値を求める手法を開発した。 3.上記手法を実現する実験システムを開発し、散乱体内の吸光度分布イメージングの実験を行った。その結果、短パルス光を用いない場合に比べ、再構成画像の空間分解能が大きく向上することが確かめられた。また、従来非常に困難であった散乱体中の吸光度分布定量計測が可能となることが実証された。 4.透過光の得られない生体部位においても断層イメージングを行うため、後方散乱光を用いた吸光度分布再構成原理を新たに考案した。この原理を実現する計測手法を開発し、シミュレーションによりその有効性や特性を明らかにした。 5.この手法を用いる実験システムを構築し、生体模擬ファントムを用いて吸光度分布再構成実験を行った。その結果、定性的には良好な再構成結果が得られたが、定量性の点で問題があることがわかった。またこの手法では、計測誤差の影響が再構成結果に大きく影響することも明らかとなった。短パルス・多波長光源を用いることにより、これらの問題点を克服できる再構成アルゴリズムを新たに考案した。シミュレーションと実験を通し、その有効性を確認した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 1998年 -1999年 
    代表者 : 下岡 聡行, 福島 菊郎, 加藤 祐次, 清水 孝一, 山下 政司
     
    本研究は、人体に対する電界曝露量の正確な解析法および評価法を確立することを第一の目的として行われた。また、これまで開発してきた光バイオテレメトリ手法を適用することにより、このような電磁環境の生体に対する作用を定量的に明らかにすることを第二の目的として行われた。具体的には、ELF電磁環境の生体影響の定量的解析と安全性評価をめざし、数値解析・計測手法の開発、人体曝露量の実測、さらに定量評価可能な生体作用の探索などを行った。その結果、以下の成果が得られた。 1.人体のような三次元的に複雑な形状を有する対象物に適用可能な、電界の数値解析手法を得た。 2.人体表面における局所的な電界値計測法を開発し、体表全面にわたる曝露電界値の分布計測を可能とした。 3.生体を切断することなく局所的な体内誘導電流を計測する手法を開発し、その分布計測を可能とした。 4.臨床で用いられる電界治療器で曝露される体表電界および体内電流を上記項目1の方法で解析した。また、項目2,3の手法を用いそれらを実測して、数値解析の妥当性を実証した。 5.上記項目4の結果、電界治療器においてこれまで知られていなかった体表電界の集中の様子、および体内の高電流密度部位(いわゆるhot spot)などが初めて明らかになった。 6.本研究で可能となった定量的解析により、電界感知の機序やその個人差の一部が明らかとなった。 7.電界曝露に伴う生理的変化として、体表における抹消血流量が変化する可能性が見出された。 以上の成果により、本研究の所期の目的はほぼ達成され、さらにいくつかの有用な知見が新たに得られた。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 1997年 -1998年 
    代表者 : 加藤 祐次
     
    近年、光による生体計測の研究が盛んに行なわれているが、生体組織は強い散乱性を有し光計測の発展に大きな妨げとなっている。そのため本研究では、従来の光のみによる計測に対して、音響光学効果を用いて媒質の局所的な特性を変化させることによる光生体計測の計測能力向上を目指し、より高機能な計測手法を開発することを最終目的とした。この目的のため、本研究期間において光散乱体における音響光学効果について2つの視点から検討を行った。得られた研究成果は、以下に示す通りである。 1. 音響光学効果に伴う屈折率の変化による局所反射光検出 媒質に超音波を照射すると媒質中の屈折率は正弦的に変化するため、局所的な屈折率変化による反射により局所的な光学特性の検出が可能である考えられる。そこで、超音波を照射した媒質に光を入射してOptical Coherence Tomography法を用いて局所的な反射光の検出について検討を行った。その結果、局所的な反射光は確認できなかった。しかしながら要因としてパワー及び周波数が小さいために屈折率変化やその勾配が小さいことか挙げられるため、今後それらの改善により検出の可能性はまだあるものと考えられる。 2. 音響光学効果による後方散乱光の時間分解波形への影響 光散乱媒質に短パルス光を入射し、その後方散乱光の時間分解波形をストリークカメラを用いて、音響光学効果の後方散乱光への影響について評価を行った。その結果、音響光学効果により後方散乱光の時間分解波形に局所的な変化が現れることが明らかとなった。また、それは超音波の位相に応じて変化の様子も異なることが明らかとなった。 以上の結果より、光生体計測に領域において利用価値の高い後方散乱光の時間分解波形に、局所的に能動的な変化を与えることが可能となった。そのため、従来の光のみの計測に対し、本手法はより空間的に高分解能計測の可能性を有することが明らかとなった。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 萌芽的研究
    研究期間 : 1997年 -1998年 
    代表者 : 清水 孝一, 北間 正崇, 加藤 祐次
     
    未だ未知の点の多いsnake photonに対し、その基礎的な特性を明らかにすること、またその生体透視への応用ひいては光CT実現へ向けたbreakthroughの可能性を拓くことをめざし、次の研究を行った。 1.高濃度散乱体におけるsnake photonの理論的解析 モンテカルロシミュレーションにより、snake photonのふるまいを調べた。 2.生体に近い散乱体溶液を用いたsnake photonの実験的解析 試料には、散乱吸収特性が既知で、生体組織の光学パラメータとの関係が明らかなIntralipid水溶液を用いた。高出力レーザ、高感度受光器、分光系を中心とする実験システムを設計・製作し、snake photonの特性を実験的に解析した。 これらの結果、次の成果が得られた。 1.生体組織のような高濃度散乱体を透過した光の中にsnake photonが、既存技術で十分検出可能なレベル含まれることが明らかとなった。 2.snake photonの時間分割解析を行ったところ、一般的なtime-gating法による散乱抑制で用いられる時間範囲を超えた部分にも、無視できぬ量のsnake photonが存在していることが見出された。 これらの結果は、snake photonを有効に分離抽出することができれば、生体の光透視イメージングにおける新たな散乱抑制法が得られる可能性を示唆するものと考えられる。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 1996年 -1997年 
    代表者 : 清水 孝一, 福島 菊郎, 工藤 信樹, 加藤 祐次, 山本 克之
     
    光による生体内機能の透視および光CTの実現をめざし、多波長・短パルス光技術を用いたイメージング技術の開発に関する基礎的研究を行った。その結果、以下の成果が得られた。 1.近赤外領域の多波長光源を用いて生体透視を行うことにより、体内機能情報をイメージングできることを示した。 2.本原理に基づく生体透視イメージングシステムを開発した。本システムにより小型実験動物の脳機能のイメージングを試みた。その結果、体性感覚刺激により大脳体性感覚野に局在した血流変化を描出することに成功した。この結果は、生体透視による脳機能イメージングの可能性を実証した世界初の結果と考えられる。 3.生体断層イメージングシステムを開発し、本原理により体内機能をCT像中に描出することを試みた。その結果、マウス腹部の局所的血流変化に伴う体内臓器(腎臓)の酸素化状態変化をCT像中にイメージングすることができた。 4.フェムト秒レーザとストリークカメラを中心とする短パルス光実験装置を構築し、散乱体を透過したインパルス光の時間分解解析を可能とした。 5.後方散乱光の時間分解波形を用いた断層像再構成手法を、新たに開発した。シミュレーションとファントム実験を通し、本手法の有効性を実証した。 6.短パルス光の時間分解解析により、透過光中の散乱成分を調べ、入射光軸に沿って伝搬する近軸散乱光(snake photon)の挙動や特性を明らかにした。この結果より、従来のtime-gating法を越える散乱抑制法の可能性が見出された。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 1996年 -1997年 
    代表者 : 清水 孝一, 三上 智久, 山下 政司, 初田 健, 加藤 祐次
     
    救急医療の高度化をめざし、救急車から救急病院の医師へ患者の生体情報を伝送するシステムに関し、開発研究を行った。研究経過および成果は以下のとおりである。 1.通常は音声を伝送する既存の通信回線(自動車電話回線、救急無線回線)を用いて、カラー画像を含む多種類の生体情報を伝送する際の技術的問題点を明確化するとともに、それぞれの解決法を開発した。 2.救急車に搭載される移動局、移動体通信回線および救急病院内の固定局よりなる実験システムを開発した。 3.救急車を模擬した車両に本システムの移動局を設置し、走行しながら伝送実験を行った。その結果、通常の走行条件では実用上問題のない性能が得られることを確認した。 4.地形・高層ビル群・天候などの影響を確かめるために、考え得る種々の悪条件下で伝送実験を繰り返した。その結果、伝送信号の品質は劣化するものの、救急医療の必要には十分に応えうる信号伝送が行えることを確かめた。 5.地上の移動体通信回線を衛星回線に置換し、通信衛星を用いた広域救急医療への展開の可能性を調べた。その結果、伝搬遅延に伴う誤りの制御の困難さを解決することにより、本手法の利用が可能なことを明らかにした。衛星回線を介した伝送実験により、この可能性を確認した。 6.札幌市消防局で実働中の救急車に本システムを搭載し、救急走行における有用性の実証試験を行った。その結果、救急医より十分実用に供するものであるという評価を得た。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 1995年 -1997年 
    代表者 : 宮城 光信, 本郷 晃史, 加藤 祐次, 原 啓明, 松浦 祐司, 本郷 晃人
     
    本研究は歯科治療において従来の高速回転のドリルに代わって、エルビウムヤグレーザ光を用い、痛みのない治療システムを構築することを目的としている。このために、歯科無痛治療に要求されるフレキシブル伝送装置および固定曲り伝送装置、照明光伝送装置など、あらゆるタイプの光伝送装置を有機樹脂を内装した銀中空ガラス導波路を用いて実現することを目指した。本研究の特徴は、構造的にも安定であり大きな光エネルギーあるいは電力を伝送でき、かつ長期信頼性もあるという中空導波路を実現することにある。 本研究により得られたおもな研究成果は以下の通りである。 1.エルビウムヤグレーザ光用ガラス中空導波路の低損失化 石英ガラスキャピラリチューブ内に銀鏡反応を用いて銀を成膜し、次に送腋コート法により、ポリイミド膜をコートすることによって中空ガラス導波路を制作する技術を確立した。エルビウムヤグレーザ光の伝送実験を行った結果、数100mJのエネルギーを伝送することができることが証明された。また、損失も0.3dB/m以下となることも示した。2.伝送システム用付加デバイスの開発 レーザ光を導波路へ光を効率よく入射させるためのレンズ付きテ-パ素子型入射結合装置を開発した。また、導波路から出射するビームを均一化するホモジナイザを、赤外ファイバを利用することにより実現した。3.エルビウムヤグレーザ光用中空導波路の実用化試験 伝送装置の実用化のために、歯科治療器メーカと協力し、低損失化を含め実用化に伴う諸問題を明らかにし、その解決のための検討を行った。内径700μm、長さ1.2mのポリイミド内装銀中空導波路を用いて動物実験を行い、無痛治療として良好な結果を得た。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 重点領域研究
    研究期間 : 1996年 -1996年 
    代表者 : 清水 孝一, 清水 久恵, 福島 菊郎, 加藤 祐次
     
    近年,高圧送電線・各種の高出力電気機器など強力な電磁源が日常空間に現れ,我々は人類史上未経験の人工電磁環境にさらされている.各国でそれぞれ個別の安全基準が暫定的に設けられてはいるが,国によりその値が大きく異なっているのが現状である.その原因としては,生物学的および工学的根拠に基づく客観的評価法の欠如によるところが大きい. 我々はこれまでの研究をとおし,人体のような複雑な構造に対する電磁界ならびに空間イオン流の曝露量の解析・評価法を確立してきた.またこれまでの動物実験の結果をもとに,電界感知閾値を指標としてヒトにおける影響を定量評価することを考えた.今年度はこれをさらに進め,交直両電界の生体影響の違いについて詳しい解析を行うとともに,電界感知に伴う生理的変化について調べた. まず,人工電磁環境の生体影響の定量解析をめざし,独自に開発した体表刺激反応計測法を用いてヒトに対する電界曝露実験を行った.その結果電界の生体作用の変化を,感知閾値の変化として定量化することができた.またこの定量解析をとおし,電界感知の主因である体表刺激作用が主として体毛の動きによって生ずること,その刺激作用が交流と直流で異なること,またその違いは相対湿度による閾値変化に比べると小さいことなどが明らかとなった.さらに曝露実験をとおし,感知閾値レベルの電界による体表刺激でも,人体に生理的変化をもたらす可能性を示唆する結果を得た.
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 国際学術研究
    研究期間 : 1995年 -1996年 
    代表者 : 宮城 光信, ベーガー H.J., スー D., ホール D.R., ハリングトン J.A., カッツィール A., クロイトル N., 原 啓明, 松浦 祐司, 馬場 一隆, ベーカー H.J., 本郷 晃史, 加藤 祐次
     
    人体に大きな負担をかけずに患部の診断・治療を行うという、最少侵襲医療は大きな注目を浴びており、生体医療光学はその基本技術の中心分野である。この生体医療光学においては、既に波長の異なる各種のレーザが、各種の治療に有効であることが示され、医療応用を目指したレーザ装置開発が進んでいる。しかし、治療システム全体を考えたとき、現状ではレーザ光を患部へ導くための伝送装置の開発が遅れており、そのため、任意の波長をもつレーザ光をフレキシブルにターゲットに導くということが最重要課題であると認識されている。 本研究においては、これを達成するシステムを、従来のガラスをコアとする光ファイバとは動作原理や構造などのコンセプトが全く異なる、中空導波路を用いて実現することを目的とし、国際的な協力のもと研究を行った。本年度に得られた成果は次の通りである。 1.国際研究集会の開催 BiOS Europe'96(生体医療光学ヨーロッパ'96)を平成8年9月、BiOS'97(生体医療光学'97)を平成9年2月にそれぞれ、ヨーロッパとアメリカで共同研究者と共に開催し、この分野の研究のなお一層の発展を計った。どちらの会議においても、主催した「生体医療光学用光ファイバ」のセッションは20件以上の講演があり、最新の研究成果発表に対し、有意義な討論が行われた。また関連研究集会としてGCL/HPL'96(ガスフロー、化学レーザと高出力レーザ'96)も平成8年8月にヨーロッパで開催した。 2.誘電体内装中空導波路の超低損失化 誘電体内装導波路で、内装誘電体の多層化による低損失化の研究を、特に材料に着目しながら研究を行った。製作法としては、スパッタリング法に基づくものと新たに開発した化学気相成長法(CVD法)を採用した。 まず、スパッタリング法により、セレン化亜鉛とゲルマニウムの3層交互多層膜を内装した導波路の製作に成功し、短尺な導波路ながらも、単一層内装導波路よりも低損失な多層膜内装導波路が製作された。としての基本特性を確認した。 次にCVD法により、酸化アルミニウムと酸化チタニウムを内装した導波路の製作を試みた。その結果、多層導波路特有の伝送特性が得られたことが確認され、この製作方法の有効性が明らかになった。 3.誘電体内装中空導波路の高効率製作技術の研究 中空導波路の実用化のためには、比較的複雑な工程であるスパッタリング法などに代わる、高効率な製作方法の開発が必須である。送液法にもとづく液相コーティング法を開発した。 この方法ではすべての成膜工程は液相により行われる。まず金属層となる銀膜を、硝酸銀溶液と還元剤溶液を混合させることによる銀鏡反応により、細径なガラス管の内面に生成する。そして次に誘電体として有機樹脂を銀膜上に塗布、乾燥、加熱することにより成膜する。各種有機材料について検討した結果、ポリイミド、フッ素樹脂、炭化水素ポリマーなどが赤外レーザ用導波路の内装誘電体材料として有効であることが明らかになり、実際にこれらの有機樹脂を内装した導波路を製作、測定した結果、その低損失性が確かめられた。 4.高効率伝送システム実現のための付加装置の開発 レーザ光を極めて高い効率をもって伝送するシステムを実現するために、中空導波路のための各種の付加装置を開発した。 導波路の入射端に取り付けるものとしては、高効率な光電力結合のためのレンズテ-パ結合器を提案、開発した。この結合器はテ-パ状の中空導波路の入射端にレンズを配置したものであり、振動などにより生じる光軸アライメントのずれによる結合効率低下や導波路の入射端の損傷を防ぐものである。 出射端のためには、歯の裏の治療など、通常の直線状導波路ではアプローチ不可能なものの作業性を高めるために、固定ベンド導波路チップを開発した。ま導波路の曲りによるビーム品質低下を解消するための出射光均一か装置を開発した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 1994年 -1996年 
    代表者 : 宮城 光信, 加藤 裕次, 堀口 剛, 小野寺 信治, 松浦 祐司
     
    本研究では、申請者による従来の中空導波路の研究の結果を踏まえ、医療分野で大きな注目を集めている最小侵襲医療の実現に向け、誘電体内装導波路を実用に供する事を目的とし、研究を推進した。得られた研究の成果は以下の通りである。 1。硫化亜鉛内装銀中空導波路の開発 耐環境特性に優れた導波路を実現するために、誘電体材料として硫化亜鉛を選択し、スパッタリング、メッキ、エッチングという外付法に基礎を置き、硫化亜鉛内装銀中空ニッケル導波路を製作する技術を確立した。また、この導波路を用いることによって、1。6Jという極めて大きなエルビウムヤグレーザ光を伝送することに成功した。このことにより、誘電体内装導波路は最小侵襲医療用光伝送装置として、十分な特性を備えていることが判明し、この導波路の実用化に向け、導波路のより効率的な製作技術の研究の必要性の端緒を作った。 2。有機樹脂内装銀中空導波路の製作技術の研究 誘電体内装導波路の低損失化と効率的な製作法を同時に解決するために、石英キャピラリーチューブ内面に鏡面を有する銀膜を成膜し、その後、有機樹脂を液層法でコートするという手法を世界で初めて提案し、実用化レベルにまでその製作技術確立することに成功した。その内容は、超鏡面を有する銀中空キャピラリーチューブの製作技術の確立、当該波長で透明な有機樹脂材料の探索、一様膜厚を有する誘電体膜の成膜技術の実現に纒められる。 3。Total Delivery Systemの提案と素子設計 新しい概念としてTotal Delivery Systemを提案し、それに基づく素子の実現を行なった。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 1995年 -1995年 
    代表者 : 加藤 祐次
     
    光薄膜の多重共鳴吸収を用いた超細径中空ファイバー型光センサーの開発を目的として、中空導波路の製造プロセスの改善、更に理論的な検討によるセンシングデバイスとしての有効性を検討した。結果は以下のようにまとめられる。 1.超細径伝送路の製作技術の確立 赤外領域で重要とされるEr:YAG、CO_2レーザ光用の高性能な伝送路の実現のため、内径540〜700μm、長さ1m程度のポリイミド及びフッ素樹脂内装銀中空導波路の製作手法を確立することを目的として、製作条件の改善を中心に検討を行った。基本的には、母材パイプに内面精度が高くフレキシブルな石英キャピラリーチューブを用いて、内面に銀及び高分子層を成膜する工程である。このプロセスの中で、銀層成膜時における銀鏡反応条件およびポリイミド層成膜時における乾燥条件について詳細な検討およびプロセス改善を行った結果、光学特性の観点から導波路の安定した製作が可能となり、またプロセスの改善に伴う低損失化も図ることができた。更に、従来まで2μ以上の中赤外領域での特性評価に加え、可視・近赤外領域における特性評価を行った結果、製作した導波路の内装高分子層の膜厚の均一性が従来のものに比べて非常に向上したことが明らかとなった。 2.中空導波路のセンシングデバイスへの応用のための基礎検討 高分子層内装中空導波路をセンシングデバイスの性能について理論的に基礎検討を行った。測定原理はセンシング媒体と高分子層との相互作用による光の干渉効果の変化であり、この原理では光の絶対量に変化に依存せず安定な手法である。検討事項については、液体の屈折率の濃度依存性や環境温度に対する高分子層の屈折率及び膜厚の変化に依存する光の干渉ピークのシフト量との関係を中心に調査した結果、センシングデバイスの基礎特性として液体の屈折率に対して比較的精度の良いセンシングの可能性が見いだされた。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 試験研究(B)
    研究期間 : 1992年 -1994年 
    代表者 : 宮城 光信, 本郷 晃史, 小野寺 信次, 加藤 祐次, 黄 礼豊, 松浦 祐司, 馬場 一隆, 堀口 剛
     
    本研究では、誘電体内装導波路を工業加工ばかりでなく、医療分野へも応用することを念頭に置き、エルビウム・ヤグレーザ、一酸化炭素レーザ、炭酸ガスレーザ等の光を同時、あるいは独立に伝送する為の超低損失ガラス中空導波路を開発することを最終的な目標とした。中空導波路の製作法、低損失化の手法、内装する誘電体の検討の他に、これらに関連し、中空導波路の電磁界解析、導波路の各種構造不整による損失増の機構解明、中空導波路による各種物理量の遠隔計測などについても検討した。特筆すべき主要な研究成果は以下の通りである。 1.外付法による硫化亜鉛内装導波路の製作 軸方向に断面変形が少なく、かつ亦、内面が滑らかな導波路を製作する為に、外付け用の母材として、酸可溶ガラスにポリイミドを被覆した母材を用い、細径の硫化亜鉛内装銀中空導波路を製作し、1.6Jという大きなエネルギを持つエルビウム・ヤグレーザ光を伝送し、高エネルギー伝送路の可能性を証明した。 2.液相コート法による有機樹脂内装銀中空ガラス導波路の製作 石英キャビラリーチュウブに銀鏡反応を用いて銀を成膜し、その後、弗素樹脂あるいはポリイミドを液相コートすることにより、内径が700μm及び530μmで、内面が極めて滑らかな誘電体内装中空導波路を製作し、低損失で長尺なガラス中空導波路製作の基礎を確実にした。 3.中空導波路のモード構造の解明 厳密な特性方程式を基に、任意のコア径をもつ誘電体内装および無内装中空導波路のモード構造を初めて解明した。また、一様曲がり線路における低次のベクトル固有モードについても明らかにした。

教育活動情報

主要な担当授業

  • バイオエンジニアリング特論
    開講年度 : 2019年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : 遺伝情報, genetic information, バイオインフォマティクス, bioinformatics, イメージング, imaging, 生体医工学, biomedical engineering, 細胞力学, cell mechanics
  • バイオエンジニアリング特論
    開講年度 : 2019年
    課程区分 : 博士後期課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : 遺伝情報, genetic information, バイオインフォマティクス, bioinformatics, イメージング, imaging, 生体医工学, biomedical engineering, 細胞力学, cell mechanics
  • 応用数学演習Ⅰ
    開講年度 : 2019年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : ベクトル空間,線形写像,連立方程式,固有値,勾配,発散,回転,ストークスの定理
  • 電気回路
    開講年度 : 2019年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 線形回路、オームの法則、キルヒホフの法則、インピーダンス、過渡現象

大学運営

委員歴

  • 2019年04月 - 現在   日本生体医工学会   代議員
  • 2017年04月 - 現在   電子情報通信学会MEとバイオサイバネティックス研究会   専門委員
  • 2017年04月 - 現在   日本生体医工学会北海道支部   幹事
  • 2011年04月 - 現在   レーザー学会東北・北海道支部   幹事
  • 2012年08月 - 2015年03月   日本生体医工学会北海道支部   幹事
  • 2005年08月 - 2007年03月   電気学会 次世代バイオメディカル・レーザ応用技術調査専門委員会   委員
  • 2000年10月 - 2003年09月   電気学会 医療のための光応用新技術調査委員会   幹事補佐


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