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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03842
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related
• Research Institution: Saitama 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
• 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

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.

Free Research Field

医用生体工学

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。