2018 年度実施状況報告書

統合型OCTを用いた全眼部三次元バイオメータの開発

研究課題

研究課題/領域番号	18K12067
研究機関	北里大学
研究代表者	古川裕之北里大学, 一般教育部, 講師 (20406888)
研究分担者	廣岡秀明北里大学, 一般教育部, 准教授 (60296522)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	OCT / 医用生体工学 / 光干渉断層計測 / 生体計測 / 眼球計測
研究実績の概要	前眼部と後眼部の明瞭な立体断層画像の撮影及び眼軸長の計測が一台で行える統合型眼球撮影OCT装置の開発に取り組んだ。まず、装置の性能を向上させることを目的として、干渉計を大幅に改良した。従来の干渉計で問題となっていた感度不足を解決するため、光の取得効率が高く、広帯域な光サーキュレーターを探し出し、干渉計に組み込んだ。また、前眼部と後眼部の断層画像を取得するには、各部位の距離に対応する参照光路が二つ必要なため、光路切替え用の光スイッチを参照光路内に設けていたが、レーザ由来の固定ノイズが後眼部の断層画像内に現れてしまっていた。そこで、参照光路を一つ、試料光路を二つにする方法へと変更し、前眼部と後眼部の両部位において明瞭な画像が取得できるようにした。これらの干渉計の改良の結果、開発当初に比べ、感度を2dB、分解能を1.4μm向上させることができた。さらに、干渉計の開発と並行して、光学系の改良も行った。角膜表面や水晶体表面の曲率半径を正確に得るには、前眼部の歪曲のない断層画像が必要であり、高精度なテレセントリック光学系を3枚のレンズで構築しなければならない。しかし、当初使用していたレンズでは、10mm×10mm程の領域しかテレセントリックにすることができなかったため、比較的曲率が小さい大口径の2インチのレンズを用いて光学系を再構築し、テレセントリック領域を、12mm×12mm程度まで拡大した。屈折補正プログラムの完全自動化を目的として、機械学習の手法を用いた画像認識技術についての知見を深めると共に、計測ソフトと融合可能な機械学習用のソフトを調査し、最適なソフトを見つけた。また、OCT分野における機械学習の活用程度についての調査研究も行い、現段階において機械学習は眼底疾患の自動分類に主に使われており、前眼部の画像分析にはほとんど適用されていないということが分かった。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由平成30年度の研究計画目標は、統合型眼球撮影OCT装置を完成させることであったが、現段階では７割程度の完成度である。しかし、装置の性能を大幅に向上させることができたことに加え、装置の構築に必要なキーデバイスは購入済みであることから、来年度の早期に装置を完成させることが可能である。また、来年度に開発する予定の三次元屈折補正プログラムに必要な機械学習用のソフト、最新の計測ソフト、及び高性能なワークステーションについても既に調査が済んでいる状況だからである。
今後の研究の推進方策	ハードウェアーの開発：昨年度に引き続き、統合型眼球撮影OCT装置の開発を行い、早期の完成を目指す。具体的な作業としては、3枚のレンズの間に大型の光路切替え用ミラーを挿入し、前眼部と後眼部の光学系を瞬時に切り替えられるようにすること、前眼部の撮影箇所を同定するための可視カメラを接続することなどである。また、臨床研究での利便性を向上させるため、光学ユニットを3軸の電動ステージ上に載せて、ジョイステックで簡単に光学ユニットを操作できるようにする。そして、装置の完成後には、曲率半径が既知である模型眼を撮影し、三次元の屈折補正の精度を確定させる。プログラム開発：新規に購入するワークステーションに機械学習用のソフトをインストールし、前眼部の画像分析プログラムを作成後、既存の三次元屈折補正プログラムに組み込み、最終的に計測プログラムと融合させる。その後、臨床現場に設置した既存のワークステーションと新規購入したワークステーションとを交換する。臨床研究の実施：ハードウェアーの開発が終了した時点で統合型眼球撮影OCT装置を臨床現場に設置する。まず、ボランティアの眼パラメータを用いて、既存の装置の結果と比較し、本OCT装置で得られた測定値の妥当性を検証後、白内障患者の撮影へと移行する。
次年度使用額が生じた理由	前眼部の画像分析プログラムの開発に必要な機械学習用のソフトは、最新の計測ソフト上でのみ動作するが、今年度の予算内で最新の計測ソフトを購入することができなかった。また、最新の計測ソフトの性能を十分に発揮させるためには、最新のOSを搭載した高性能なワークステーションが必要であることから、計測ソフトとワークステーションを同時に購入したほうが効率良く開発を進められると判断し、次年度に研究費を繰り越すことにした。次年度繰越の研究費は、翌年度に請求した助成金と共に、高性能ワークステーション、最新の計測ソフト、及び光学・電気部品の購入費、学会発表の旅費、論文掲載料等に用いる。