Establishment of un-staining and non-invasive diagnosis technique of cancerous tissues using circularly polarized light emitting diodes

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04441
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Nozomi Nishizawa 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80511261)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 口丸 高弘 自治医科大学, 医学部, 講師 (10570591)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 生体光学 / がん診断 / 円偏光 / 光散乱 / スピントロニクス / 光学生検

Outline of Final Research Achievements

Aiming at development of cancer diagnosis technique using depolarization of circular polarized light scattering, we have studied the depolarization mechanism in biological tissues, applicable diseases and organs, and device developments. Experiments using a biological tissue show that the scattered light from cancerous and healthy parts shows a certain deference between them. Calculations revealed that the differences in circular polarization are due to the enlargement of cell nuclei. Moreover, this technique has depth resolution by modulating the optical configurations. These results suggest that this technique can be used for depth estimations of tumor invasion in early cancer and detections of scirrhous gastric cancer. Simulation analyses show that depth estimations of thin cancerous layer to 2 mm are possible with this technique.

Free Research Field

生体医工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在のがん診断技術の主流はいずれも蛍光剤の投与および組織の切除を伴うものである。それらを要さない光のみの診断技術としては狭帯域光観察などがあるが、これは平面分解能が高い反面、深さ方向には情報を得にくいため、別の現象を基にした非侵襲な光学的手法の開発として本研究の技術は有用であると考えられる。また本研究で有用性が示された早期癌の深達度計測は切除を伴わず患者負担を軽減する上、診断の迅速化を促進するものと考えられる。一方で、光の偏光特性は積極的には応用されてこなかったが、散乱現象を介した測定技術としての活路を開き、未開拓の偏光応用という分野を切り開くことは学術的にも産業的にも意義深いと考えられる。