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Development of optical correlation endoscopy with 0.1 mm diameter, biological morphology, and diagnosis

Research Project

Project/Area Number 21H03842
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 90130:Medical systems-related
Research InstitutionSaitama Medical University

Principal Investigator

Wakayama Toshitaka  埼玉医科大学, 保健医療学部, 教授 (90438862)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 相澤 康平  埼玉医科大学, 保健医療学部, 助教 (10961790)
水谷 康弘  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40374152)
東口 武史  宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Keywordsシングルファイバーイメージング / ゴーストイメージング / シングルファイバーゴーストイメージング / 微分ゴーストイメージング / 3D計測 / 光ファイバーイメージング / 光相関法 / 極細径内視鏡 / シングリファイバーイメージング / 光相関イメージング / 内視鏡 / 光相関 / 内視鏡技術 / 光相関計算
Outline of Research at the Start

直径 0.1 mm 以下の1本の光ファイバーによる内視鏡病理診断技術は、生体深部の撮影から病理解明を実現できる。申請者らはこれまでに構造光制御と3D内視鏡、分光偏光検出の開発に成功した。本研究の目的は、構造光と点検出器の光相関から直径 1 mm 以下の血管形態検査と組織診断で病理を解明する光相関内視鏡技術の開発である。1本の光ファイバー内視鏡で生体の形態検査と組織診断を行う本研究は、脳や心臓などの血管が集約された器官の病理診断に貢献するだけでなく、医科学の広い範囲で前例のない画期的な治療や手術アプローチの確立を目指している。

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is to establish an endoscopic technique that uses a single optical fiber with a diameter of less than 0.1 mm, without relying on two-dimensional detectors like CMOS or CCD. This technique aims to contribute to pathological diagnosis by imaging areas deep within the body that are typically hard to reach. In our research, we developed a new imaging method that utilizes a stable control of the speckle pattern created by the laser and incorporates a ghost imaging approach. This method proved capable of imaging objects as small as 3 mm square with a spatial resolution of 0.05 mm. Moreover, the ghost imaging technique showed robustness against light scattering, which is anticipated to allow for imaging in blood without the interference of flash.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究のシングルファイバー・ゴーストイメージングは、従来の内視鏡よりもはるかに細い、直径0.1mmという極細径化を実現している。我々が独自に開発した規格化法によって従来法の1/1000倍程度のわずかな光でも画像化が可能となり、生体におけるダメージ閾値を大きく軽減できると期待される。さらに、ゴーストイメージング法を取り入れたことによってシングルファイバーイメージングにおいても光散乱場に対しても画像化しやすいことが明らかになった。血液による光散乱場中でも生理食塩水を用いたフラッシュなしにイメージングすることも期待され、これまでのイメージング技術を大きく変革する可能性も秘めている。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Simultaneous detection of polarization states and wavefront by an angular variant micro-retarder-lens array2024

    • Author(s)
      Toshitaka Wakayama, Akane Zama, Yudai Higuchi, Yuta Takahashi, Kohei Aizawa, and Takeshi Higashiguchi
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 32 Issue: 2 Pages: 2405-2417

    • DOI

      10.1364/oe.509574

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Megahertz detection of spectroscopic polarization by a time-encoded supercontinuum vector beam2024

    • Author(s)
      Yukihiro Inoue, Juri Ogawa, Hiroki Morita, Kazuyuki Sakaue, Toshitaka Wakayama, and Takeshi Higashiguchi
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 63 Issue: 2 Pages: 423-428

    • DOI

      10.1364/ao.503943

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lensless single-fiber ghost imaging2023

    • Author(s)
      Toshitaka Wakayama, Yudai Higuchi, Rikuto Kondo, Yasuhiro Mizutani, and Takeshi Higashiguchi
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 62 Issue: 36 Pages: 9559-9567

    • DOI

      10.1364/ao.507550

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] レンズレス・シングルファイバー・ゴーストイメージング2024

    • Author(s)
      若山俊隆、樋口裕大、近藤隆久人、水谷康弘、東口武史
    • Organizer
      2024年度 精密工学会 春季大会 学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 偏光感受型波面アナライザーの開発2024

    • Author(s)
      若山俊隆、座間あかね、樋口裕大、高橋優太、相澤康平、東口武史
    • Organizer
      2024年度 第71回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] コーンビーム投影による三次元内視鏡2023

    • Author(s)
      高橋優太、中沢優斗、東口武史、若山俊隆
    • Organizer
      Optics and Photonics Japan 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造光制御による光相関ファイバーイメージング2022

    • Author(s)
      樋口 裕大、高橋 優太、水谷 康弘、東口 武史、若山 俊隆
    • Organizer
      生体医工学シンポジウム2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造光制御による三次元形状計測の医学応用2022

    • Author(s)
      若山 俊隆
    • Organizer
      三次元工学シンポジウム2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 光三次元内視鏡の開発とその応用2022

    • Author(s)
      若山 俊隆
    • Organizer
      オプトメカトロニクス技術委員会シンポジウム2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] イメージング装置、および光学素子2023

    • Inventor(s)
      若山俊隆、東口武史
    • Industrial Property Rights Holder
      若山俊隆、東口武史
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-112989
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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