皮膚の『微小血管』のイメージング技術、非侵襲で可視

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東北大学は10月12日、西條芳文氏(同大大学院医工学研究科教授)、増田則之氏(株式会社アドバンテスト新企画商品開発室統括リーダー)らの研究開発グループによって、2波長の光超音波画像と超音波画像を同時撮影することができる、皮膚内の「in vivoイメージング技術」の開発に成功したと発表した。

今回の研究開発は、内閣府総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の一つである「イノベーティブな可視化技術による新成長産業の創出」の一環として行われたもの。

同プログラムでは、新たな生体の画像化技術として、「光超音波技術」を利用した画像撮影開発が取り組まれている。

同研究グループは、その中で、皮膚浅部の「血管網」の高解像度による画像化を目的とし、顕微鏡レベルの解像度を『30μm以下』にするマイクロ可視化システムの研究開発を行っていた。

2波長の光超音波画像と超音波画像を同時撮影

血液やメラニンなど、光に吸収特性のある物質を選択的に画像化できる技術に「光超音波イメージング」がある。同技術は、1波長の光源だけでは、「メラニンと血管」、「動脈と静脈」などの判別はできず、取得できる情報が限定的だった。

さらに、「超音波画像」は、皮膚の構造を画像化できず、皮膚の表面や厚みがわからないため、血管やメラニンの位置を特定することもできなかった。

このような課題の解決策としては、多波長での光超音波イメージングと超音波画像を重ねる方法がある。

今回開発された「in vivoイメージング」に、この解決策を応用するには、高速で測定可能なシステムが必要となったため、同研究グループは、2波長の光超音波画像と超音波画像を同時に取得できる、「マイクロ可視化システム」の開発に取り組んだ。

「集束型の超音波センサ」で走査する方式を採用

今回、同研究グループは、高解像度の光超音波イメージング方式として、「集束型の超音波センサ」で走査する方式を採用。

「集束型の超音波センサ」は、血管などから発生する超音波を超音波センサ面に集束させることで「光超音波画像」を取得する。

さらに、同センサから超音波を集光して送信し、反射した超音波を受信することで、「超音波画像」を取得することも可能となった。

新たな研究開発ツール・診断装置としての可能性に期待

同システムでは、専用の波長光源、超音波センサ、XYステージを開発。専用ボードで制御して計測時間を短縮し、約4分で測定(深度2mm、6mm角を15μmステップで走査)できるようになった。

超音波センサは、レーザ光を照射する光学系と超音波センサを一体化して小型化し、複雑な形状の顔皮膚にも近づけることが可能となったという。

2波長光源は、532nmと556nmのパルス光を交互に照射し、得られた光超音波信号の差分から「酸素飽和度」も求めることができる。

また、超音波画像と光超音波画像を重ねることで、皮膚表面からの血管の深さ情報や、毛穴、皮脂腺などとの相関を調べることも可能となる。

同システムは皮膚のMPE※を満たしており、顔の皮膚などのin vivoイメージングが可能

※MPE…最大許容露光量、目または皮膚に対するレーザの安全基準。

従来得られなかった皮膚血管網の「酸素飽和度」情報を光超音波画像と合わせて画像化して、皮膚に関する新たな研究開発ツールや診断装置としての可能性が期待される

同研究グループでは、今後、「酸素飽和度」計測の有効性について研究を進め、システムの実用化を目指すとしている。

公開日 :2018.12.12 更新日 :2021.10.06

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