MEDTECH JAPAN 2015
最新技術フォーラム
「医工連携による医療機器の事業化に向けて」～経済産業省医工連携事業化推進事業の成果～

特殊レーザーを用いた高分解能・高速・高感度OCT装置

埼玉医科大学医学部眼科先端レーザー医学センター
鈴木将之

平成27年4月23日 東京ビックサイト Hall 6 15:00-15:30

発表の内容1. 本事業の内容
2. 医療現場の課題
・眼科における中途失明疾患の現状・期待される波及効果

3. 成功の要因
4. 苦労した事項

5. 本事業へ応募を考える方々へ平成25年度課題解決型医療機器開発事業「特殊レーザーを用いた高分解能・高速・高感度OCT装置」
本事業の目的：
中途失明疾患の早期診断・治療に向けた従来分解能を飛躍的に向上させる
光干渉断層計（OCT）の開発を行う
最終目標
緑内障の早期発見と診断を実現することを目的とする

波及効果：
従来技術のOCTで可視化できなかった篩状板の深部を明確化することで新たな発見が期待できる。同時に新薬の効果を経時変化的に観察でき、患者に合わせた新たな治療の開拓に貢献できる

さらに本次世代OCT装置は、OCTの輸入超過の改善に貢献する

委託事業実施体制
アドバイザー
東京大学
関東中央病院
産業総合技術研究所
東京電機大学

撮影プロトコルに関する助言PL

医療機関

事業管理機関埼玉医科大学医学部眼科• 事業管理• ＯＣＴ装置試作• 臨床試験

医薬品医療機器総合機構（PMDA）

画像処理に関する助言

中

相談

製造企業
第一種製造販売業[13BZ200670]

スパークリングフォトン(株)• ＯＣＴ装置の開発・製品化• 薬事申請補助• ＯＣＴ装置製造

SL

助言
認証機関

製販企業
第一種製造販売業[13B1X00048]

相談(株)イナミ販売

認証• 薬事申請• 販売促進• 品質保証・保守・管理

直接販売

顧客（国内）

視覚障害の現状*

11%

7%

12%

視覚障碍者数の推移（未来予想も含む）
緑内障
糖尿病網膜症
変性近視
加齢黄斑変性症
白内障
その他
25%

21%
24%

40歳以上の日本人には、20人に1人の割合で緑内障を罹患する200

視覚障碍者の数（万人）

現状の視覚障害の内訳

150
100
500

2010

2020

2030

2040

2050

西暦（年）

視覚障害者数は2030年に200万人に達すると推定された

緑内障は国内において中途失明疾患の第1位の疾患であり、高齢化により患者数は増大*出典：平成21年、日本眼科医会 報道用資料

5視覚障害は「低いQOLのまま」生き続ける
緑内障になったときの見え方

視覚障害による負担（本人）
・転倒や交通事故・日常生活の機能低下
・失業や欠勤（家族）・通院同伴
・家族内のケア・欠勤や仕事を犠牲にする進行性の疾患であり、失明の可能性もある（社会）・医療費の増大・生産性の低下⇒視覚障害の総経済コストを算出すると8兆8,000億円との報告もある
視覚障害は患者への負担が大きいだけでなく社会に与える影響は非常に大きい*出典：平成21年、日本眼科医会 報道用資料

6緑内障の診断
眼圧計測

非接触眼圧計Canon社のWebより引用

視野検査ハンフリーフィールドアナライザー、
ZEISS社のWebより引用

神経線維が圧迫される原因は眼圧上昇と相関関係がある
しかしながら本邦においては正常眼圧緑内障が緑内障患者の半数以上を占めている⇒眼圧変動だけで早期発見は困難であり、新たな診断法が望まれる

眼底疾患部眼の模式図

黄斑：
ものの色や形を識別する
疾患：
糖尿病網膜症、加齢黄斑変性症など

視神経乳頭：
黄斑部の情報を脳に伝達する
疾患：
緑内障など
Fundamentals of Photonics, p.51

8

緑内障の原因
眼の模式図
眼底カメラで撮影した眼の写真
篩状板
視神経乳頭

黄斑

緑内障の原因：視神経乳頭内の篩状板が変形し、その中を通過する神経線維が物理的に圧迫される

篩状板の微小な傾斜や篩状板孔の変形を直接的に観測できれば早期発見が可能
9

OCTにより眼底深部の観察が実現されている
ＯＣＴ装置は眼底網膜層構造を光干渉の物理的原理を使って観察する
OCT装置の一例

従来技術による視神経断層像

篩状板孔

不鮮明なため断層像から構築される篩状板孔像も不鮮明なため三次元化は不可能⇒高分解能化が望まれる
OCTの縦方向分解能は光源のスペクトル幅と相関関係がある
分解能＝定数/スペクトル幅
光源のスペクトル幅が広くなると縦方向分解能は向上する
スペクトル幅の広い光源をOCTに利用することで高分解能化が実現できる

初期的な臨床研究の成果

スペクトル幅を広げることで分解能を向上させた

視神経乳頭深部の篩状板孔の鮮明な可視化に成功した

T. Shoji, and M. Suzuki, et al., Graefes Arch
Clin Exp Ophthalmol 2014

より深く観察するためには生体組織におけるレーザーの侵達度

水の吸収特性眼の感度が高い
1-1

Absorption coefficient (cm )1010

水の吸収が高い従来技術
010-110-210-310-4400

高侵達の観察領域
600800

1000

1200

1400

Wavelength (nm)小原實、他 レーザー応用光学、協立出版p.189

G. M. Hale and M. R. Querry, Appl. Opt. 12(3) 555 (1973).

水の吸収に強く影響される
理由：光はゲル状の水90％で構成される硝子体を通過して網膜に集光される
波長域1000nm帯の広帯域光源があれば、篩状板の可視化が実現可能
12解決する課題と方法をまとめる
課題：
緑内障の早期発見に向けた新たな診断技術の確立実現するためには？：より深部の構造を高分解能表示することが望まれる（従来技術では不十分）
解決法：
高侵達で高分解能化が実現できるOCTの開発解決するための必要な技術：
波長1000nm帯のおける広帯域の光源が必要である
しかし市場には存在しない高度化LDと高機能ファイバー技術を用いて新しい広帯域光源の開発を行い、これを搭載した新たなOCT開発を実施した

波及効果
眼科領域：
篩状板の深部を明確化することで新たな発見が期待できる。
同時に新薬の効果を経時変化的に観察でき、患者に合わせた新たな治療の開拓に貢献できる

従来技術と比較して
1. 水の散乱の影響が少ない
2. 高分解能、高侵達化が可能
3. 全ファイバー化により体深部の疾患に適応⇒他科への転用
T. Shoji, and, M. Suzuki, et al., PLoS ONE
9(12), e116305 (2014).

開発の変遷H22(2010)年：埼玉医科大学に先端レーザーセンター開設
OCTの試作を開始
H23(2011)年：広帯域の光源開発を開始
H24(2012)年：スパークリングフォトン社とレーザーの共同開発
初期的な学内の臨床試験
イナミ参入

H25(2013)年：本事業に採択され、事業を開始
H26(2014)年：量産試作機が完成
H27(2015)年：臨床試験用の実用機の開発を進行中
H30(2018)年：上市予定
本事業の基盤となる開発と試作は事業採択前から進行してきた

開発の成功要因
運が良かったOCTの主要素
可視化
表示技術

広帯域光源
OCT装置

光学素子

光検出器
広帯域光源と光学素子：
近赤外域において広い波長範囲で使用できるファイバー型光学素子の出現⇒コーティング技術の向上
光検出器：
高感度で大口径の近赤外光ラインセンサの製造が可能となった⇒製造技術の向上
可視化表示技術：
大容量のデータを短時間で高速処理できる⇒パソコンの性能向上
OCT開発に必要な各要素技術の向上により本装置を開発できる環境が整った

OCT開発の経緯
OCTの開発1990年 特許が出願される

広帯域光源の変遷

表示技術

Ti:Sapphireレーザー

1997年 1号機が販売
1998年 高速化の基礎的試験
2003年

非線形ファイバーによる広帯域化
近赤外ファイバーレーザー

2005年 高速化されたOCTが販売
2008年
2010年

民生用近赤外ラインセンサー発売大型化
近赤外のファイバーレーザーによるOCT開発できる時期になった

発明自身は新規的ではないが、周辺技術の向上により、実現可能となった

実施体制
医療機関

埼玉医科大学
医学部眼科

技術移転
実用機の提供先端レーザー
医学センター
・OCTの試作・臨床研究製造
第一種製造販売業[13BZ200670]

製販
第一種製造販売業[13B1X00048]

スパークリングフォトン(株)• ＯＣＴ装置の開発・製品化• 薬事申請補助• ＯＣＴ装置製造〇学内で試作と臨床を実施
Ｘ製品化はできない(株)イナミ販売〇技術移転されたレーザーを製品化
×眼科機器の販売網が無い• 薬事申請• 販売促進• 品質保証・保守・管理〇眼科機器の販売網が有りＸ製造はできない

必要最小限の実施体制ならが、長所を補完した実施体制の構築が実現

実施機関が関東圏内にある
埼玉医科大学
埼玉県入間郡毛呂山町毛呂本郷３８
株式会社イナミ
東京都文京区本郷３－２４－２

各機関の物理的距離が近接している

スパークリングフォトン株式会社
東京都多摩市乞田１１５４番地１

利点
医師の忙しいスケジュールに対応して集合することができるため事業を円滑に進めることができる苦労した事項
開発面
・初年度に行った光源開発用の部品のテストできる範囲が限定された⇒初年度の事業開始時期が遅延した
・開発要素がない部分も今回開発したため量産試作機完成に時間がかかった⇒開発要素の無い部分は、積極的に外注した方が良かった

知財面
・先行調査が大変であった⇒埼玉医科大学知財部門の協力の下で先行調査を進めた

販売面
・販売層のターゲットが絞り込めていなかた⇒国内大学病院約100施設をターゲットとし普及率50％に変更

まとめと今後中途失明疾患の早期診断・治療に向けた従来分解能を飛躍的に向上させる
光干渉断層計（OCT）の開発を進行中である

今年度、実用機を開発したのちに開発した装置の有用性を証明する臨床データの取得と同時に電気試験を行い、認証審査を受ける

これから本事業への応募を考えている方へ
すでに何か開発できるものが場合：
医療機器開発のルールを理解する⇒装置を製造してもすぐに販売できるわけではない

誰に、何を、どう売るか？
⇒販売する装置の特性を考えてターゲットを絞る必要がある

本事業期間3年間でやれることは限られている⇒試作機を開発したのちに有用性が明確としたのちに応募する方が良い

医療機器製造に参入したいと考える方に医療機器の構成要素は何か？
例えば、OCTは光源と検出器、光学部品、画像表示プログラムで構成されている
光学部品や電気回路、ソフトウェアで装置はできている⇒自社の製品が役立つ部分を探す

どのような体制で開発するか？
「臨床医＋研究者＋製造者＋（弁理士）＋販売者」など役割分担を明確とした体制の構築（さらに全体を理解できる人が居るのが望ましい）⇒適切な体制を築く

本当に医療機器の開発を行いたいのか？
⇒熱意をもって開発すれば道は開ける