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特長:1700 nmの優位性 | スーパーコンティニューム光源

1700 nmの優位性

弊社製スーパーコンティニューム光源は、1700 nm帯を中心として広帯域な発振スペクトルを有しています。そのため、OCT (Optical Coherence Tomography: 光干渉断層撮影)においては生体サンプルに対する第3生体光学窓(1600 - 1800 nm)を用いた測定に適しており、高散乱な生体組織の深部の高分解能イメージングが可能です。
一般的に生体イメージングでは生体光学窓と呼ばれる水とヘモグロビンの吸収が弱い波長帯が選択されます [1]。特に水の吸収が低下する波長帯は第1生体光学窓(800 - 900 nm)・第2生体光学窓(1100 - 1300 nm)・第3生体光学窓(1600 - 1800 nm)として知られており、その中でも第3生体光学窓は生体組織の光散乱の影響を受けにくいため、深部のイメージングに最適です。
下図のように第1生体光学窓・第2生体光学窓(0.8 μm, 1.1 μm, 1.3 μm)の波長帯では生体組織の散乱(Lipid %)が大きくなるにつれて侵達長が減少しますが、第3生体光学窓(1.7 μm)では散乱が大きくなっても侵達長が維持されます [2]。

生体組織による光吸収・光散乱の波長特性 [1]

各波長における侵達長 [2]

SD-OCT (Spectral Domain - Optical Coherence Tomography)においても、1300 nm帯については生体組織の深度が深くなるにつれてSN比が低下しますが、1700 nm帯については深度が深くなってもSN比が維持されることが確認されています [3]。

測定系

SN比

名古屋大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 西澤研究室 ご提供

高い軸方向分解能

OCTにおける軸方向分解能(ΔZ)を決める要素の1つとして光源のスペクトル半値幅(Δλ)が挙げられます。軸方向分解能を求める数式は、以下で示されます。

スペクトル半値幅(Δλ)が逆数で影響するため、高分解能な測定には広いスペクトル半値幅が必要となります。また、一般的にOCTで用いられる1300 nm帯以下の光源と比較して、深部イメージングで1700 nm帯の光源を用いる場合、中心波長(λ0)が軸方向分解能に2乗で影響するため、スペクトル半値幅(Δλ)はより広い値が必要とされます [4]。
弊社製スーパーコンティニューム光源は、1700 nm帯を中心として±300 nm以上のスペクトル半値幅(Δλ)を有しています。これにより、深部イメージングにおいても高い軸方向分解能が得られます。

中心波長1700 nmにおける軸方向分解能

名古屋大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 西澤研究室 ご提供

低ノイズレベル

弊社製スーパーコンティニューム光源は、名古屋大学 西澤研究室と共同開発した独自高安定スーパーコンティニューム光発生システムを搭載しています。他社製スーパーコンティニューム光源に比べて、約1/10のノイズ特性であるため、高感度な測定が可能です [5] [6]。

余剰ノイズ

OCT装置 ノイズモデル [7]

Jun Zhu and Vivek J. Srinivasan (University of California Davis) ご提供

参考文献

No.
著者
タイトル
出典
[1]
M. S. Patterson, et al. The Propagation of Optical Radiation in Tissue. 2 : Optical Properties of Tissues and Resulting Fluence Distributions Lasers in Medical Science, Vol.6, pp. 379-390 (1991)
[2]
N.Nishizawa, H.Kawagoe, M.Yamanaka, M.Matsushima, K.Mori and T.Kawabe Wavelength Dependence of Ultrahigh-Resolution Optical Coherence Tomography Using Supercontinuum for Biomedical Imaging IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 25, NO. 1, JANUARY/FEBRUARY 2019
[3]
M.Yamanaka, N.Hayakawa and N.Nishizawa Signal-to-background ratio and lateral resolution in deep tissue imaging by optical coherence microscopy in the 1700 nm spectral band Scientific Reports volume 9, Article number: 16041 (2019)
[4]
S. Ishida and N. Nishizawa Quantitative comparison of contrast and imaging depth of ultrahigh-resolution optical coherence tomography images in 800-1700 nm wavelength region Biomed. Opt. Express, vol. 3, p. 282, 2012.
[5]
Jun Zhu and Vivek J. Srinivasan In vivo mouse brain imaging through the thinned skull with 1700 nm optical coherence microscopy (Conference Presentation) Proc. SPIE 11228, Optical Coherence Tomography and Coherence Domain Optical Methods in Biomedicine XXIV, 112280P (9 March 2020)
[6]
Jun Zhu, Hercules Rezende Freitas, Izumi Maezawa, Lee-way Jin and Vivek J. Srinivasan 1700 nm optical coherence microscopy enables minimally invasive, label-free, in vivo optical biopsy deep in the mouse brain Light: Science & Applications volume 10, Article number: 145 (2021)
[7]
Shau Poh Chong, Marcel Bernucci, Harsha Radhakrishnan, and Vivek J. Srinivasan Structural and functional human retinal imaging with a fiber-based visible light OCT ophthalmoscope Biomed. Opt. Express, Vol. 8, Issue 1, pp. 323-337, 2017

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