刺激ラマン光音響顕微鏡における信号分解技術の比較研究
Amir Khansari1, Hossein Khodavirdi2,3, Seyed Mohsen Ranjbaran1
1The Richard and Loan Hill Department of Biomedical Engineering, University of Illinois at Chicago, Chicago, Illinois, USA.
Journal of biophotonics
|December 15, 2025
まとめ
多波長光音響顕微鏡（MS-PAM）における正確な酸素飽和度推定において、高速フーリエ変換（FFT）法が信号分解に優れていることが示された。他の手法は、本研究ではよりばらつきのある性能を示した。
科学分野:
- 生物医学光学
- 光音響イメージング
- 分光法
背景:
- 多波長光音響顕微鏡（MS-PAM）は、機能的イメージング能力を提供する。
- 刺激ラマン分光法（SRS）は、MS-PAMに統合して分子コントラストを向上させることができる。
- 正確な信号分解は、特に酸素飽和度推定において、定量的MS-PAM解析に不可欠である。
研究 の 目的:
- SRSを利用したMS-PAMシステムにおける異なる信号分解技術の性能を比較評価すること。
- 高速フーリエ変換（FFT）、最小二乗法（LSQ）、相互相関（XCorr）、および深層学習（DL）法の精度を評価すること。
- MS-PAMにおける酸素飽和度推定に最適な方法を決定すること。
主な方法:
- 二波長励起（532 nmおよび558 nm）を備えたSRSを組み込んだMS-PAMシステムを開発した。
- FFT、LSQ、XCorr、およびDLアプローチ（CNN-オートエンコーダー）の4つの信号分解アルゴリズムを実装およびテストした。
- マウス脳組織からの真の光音響信号に対して方法を検証した。
主要な成果:
- FFT法は、LSQ、XCorr、DLと比較して、信号分解において優れた精度と一貫性を示した。
- LSQ、XCorr、DL法は、特に長い遅延時間において性能のばらつきを示した。
- FFT分解信号を用いた酸素飽和度推定は、信頼性の高い結果をもたらした。
結論:
- FFTは、SRSベースのMS-PAMにおける信号分解のための最も正確で信頼性の高い方法である。
- 本研究の結果は、酸素飽和度マッピングを含む定量的機能イメージングにFFTを使用することを支持する。
- LSQ、XCorr、およびDL法のさらなる最適化は、特定のMS-PAMアプリケーションで必要となる可能性がある。
