2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of optical correlation endoscopy with 0.1 mm diameter, biological morphology, and diagnosis
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21H03842
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| Research Institution | Saitama Medical University |
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Principal Investigator |
若山 俊隆 埼玉医科大学, 保健医療学部, 教授 (90438862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
相澤 康平 埼玉医科大学, 保健医療学部, 助教 (10961790)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、CMOSやCCDのような二次元検出器を用いずに直径 0.1 mm 以下の1本の光ファイバーを用いた内視鏡技術を構築し、生体深部の未到領域の撮影から病理診断に貢献することを目的としている。
初年度に達成した画像化技術ではようやく画像化できるにとどまっていたが、今年度は具体的に画像化の特性を詳細に調査することにした。まずは画像化の空間分解能を明らかに、複雑な形状についても画像化できるかを調査した。小さなサンプルを用意するためにここでは自作でレーザー加工機を作製し、サンプルも描画することにした。また、すでに提案されている光ファイバーイメージング手法との決定的な違いを考察した。本手法による特異なイメージング技術として、光拡散場、微弱光測定およびメゾ領域のイメージングという3つの特徴を明らかにした。光拡散場のイメージングにおいては、光拡散場における画像復元のアルゴリズムを考察し、実際に検証実験を行った。通常の脳神経外科で使用される光ファイバーを6000本バンドル化した内視鏡では撮像することができなかった拡散板の先にある物体を本方法では画像化することに成功した。さらに、従来の上述した内視鏡でイメージングに必要となる光の強さの1/1000の光強度で画像化することにも成功し、超低侵襲なイメージングを達成することができた。さらに、本手法はこれまでに提案されてきた光ファイバーイメージングでは達成できなかった光ファイバー端から数mm～数10mmの領域を画像化できることを明らかにし、本方法が医療分野に極めて有効であることを示すことができた。しかしながら、まだ、画像化についてはより複雑なものには適応することができないなどの問題点を有していたり、計測時間の問題などもあるので、今後これらを対応していきたいと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は我々が提案する光ファイバーイメージング技術の詳細が明らかになってきた。研究を進める中で、従来技術を凌駕する画像生成技術が創生されはじめてきたことは非常に興味深かった。当初の予定では三次元形状計測を行う予定であったが、ベースラインの問題から視差が生まれにくいといった課題も見つかっており、これは３年目に解決していきたいと考えている。また、分光計測の実験に関してはレーザーチップに安定なものが見つからなかったので、研究が遅れている。この点は引き続き3年目もレーザーチップを調査しながら、分光実験に備えていきたい。その一方で、当初の計画になかった光拡散場や微弱光などの医学的にとても重要な実験結果が得られており、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年間の研究内容までを論文にして公開することを現在予定しており、論文執筆を進めている。研究内容に関しては光拡散場に対する超低侵襲光ファイバーイメージングは極めて有用であることから今年度も引き続き研究を進めていく予定である。昨年度はDifferential ghost imaging法を導入することで画像のクオリティーが格段に上昇した。この方法をシングルファイバーイメージングでの光拡散場イメージングに発展させ、画像の品質をさらに向上させたいと考えている。また、三次元形状計測については2種類以上の構造光を同時に投影することで三次元空間上でのレジストレーションの精度を向上させることで三次元イメージングに発展させる予定である。この技術をもとに、複数の波長で画像化させる技術を開発し、分光画像を特にカラーイメージングできるようにしていく予定である。
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