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光音響イメージング

光音響イメージングは、ナノ秒パルスのレーザーを組織に照射し、組織が瞬間的に熱膨張を起こした時に発生する超音波を利用したイメージング方法です。


上記のとおり、光音響イメージングは光と超音波を組み合わせることで、生体深部イメージングや細胞や生体組織を染色することなくイメージングする非標識イメージング(ラベルフリーイメージング)を可能します。生体イメージングは、生体を解剖することなく生体内の状況を把握できる方法です。


通常、生体組織診断を行う際に、光のほうが超音波よりも空間分解能は高いですが、光は組織に2mm程度までしか透過しない為、深達度が問題になります。光音響イメージングでは、行きはレーザー光を用いるので非常に小さなフォーカスが可能であり、帰りは超音波が戻ってくるので組織内での減衰が小さくなります。そして結果として、空間分解能が通常の超音波の2倍、深達度が通常のレーザー光の2倍のイメージングが可能になります。また、酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンのスペクトルの違いを応用することで、血流情報だけではなく組織の機能解析を行うこともできます。


光を使った生体の画像化には、波長が700〜900 nmの近赤外光が使用されることがあります。それは近赤外光よりも波長の短い可視光(400〜700 nm)はヘモグロビンなどによって強く吸収され、近赤外光よりも長い波長の赤外光(0.9〜400μm)は水によって強く吸収されるため、これらの領域の光の生体内における透過性が低いからです。
これに対し、近赤外領域の光には、上述のような吸収が少ない為、生体を透過しやすいとされています。こうしたことから近赤外波長域は「生体の窓」とも呼ばれています。


今までは近赤外波長域を用い酸素結合状態と酸素非結合状態のヘモグロビンの吸収スペクトルが互いに異なることを利用して、血管及び、低酸素状態の固形がんのイメージングが行われてきました。しかし、より詳細な検出や測定を目的として、臓器や腫瘍を光音響イメージングで画像化するには金ナノ粒子などの造影剤を体内に投与する必要があります。光音響イメージング用の造影剤は近赤外光を吸収し、熱に変換する作用(光音響効果)が強く、抗体などを利用して目的の部位に集積させることで 光音響イメージングシグナルが増強され、周りとの区別が容易になります。ICG(肝機能や肝予備能を知るための検査として広く行われている色素負荷試験)やMB(メトヘモグロビン血症治療薬)は近赤外光によって励起可能であることから光音響イメージングに使用されるようになり、人の癌診断への適用なども期待されています。
生きた動物の皮下の深いところにある臓器を数百 nm 以下の空間分解能で観察できる光音響イメージングは、in vivo 研究への利用が期待されています。


イメージングの特徴

 

ポジトロン断層法

MRI

超音波
イメージング

蛍光イメージング

光音響イメージング

エネルギー源

陽電子

ラジオ波

超音波

紫外・可視・近赤外光

近赤外光

測定するエネルギー

高エネルギー
ガンマ線

ラジオ波

超音波

紫外・可視・近赤外光

超音波

解像度

1-2mm

20-100μm

50-500μm

2-10mm

50-500μm

深度

制限なし

制限なし

<5cm

<5mm

<5cm

リアルタイム測定

不可


英国LitronLaser 社のAuroraII Integraシリーズは、同社によってOPO部、励起光源及びOPOシステムの全てが手がけられています。

【用途一例】

  • 生物観察
  • 医療診断
  • 非破壊検査

レイチャーシステムズでは光音響用レーザーを取り揃えております。
モデル:Aurora OPO   Aurora II Integra   Aurora II-532 Integra


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