光コヒーレンストモグラフィ

生物医学における OCT の新しい方向性
バーバラ・ゲフベルト
BiOS2020 の産業セッションで明らかになったのは、OCT の新たな開発の分解能で、3 × 3mm から 12 × 12mm方向性だ。の視野（ FOV ）の走査パターンを提供する。取得スピードは FOV 幅を制限

SPIE フォトニクスウェスト 2020 の生るツァイス研究室の責任者であるティする主要因子である。事実、広視野の物医学光学シンポジウム（ BiOS ）初日にルマン・シュモル氏（ Tilman Schmoll ）OCTA は通常、走査を組み合わせて実おいて、光コヒーレンス・トモグラフィ

は、OCT の 発 展 に つ い て、 最 新 の現している（例えば、部分的に重なっ（ OCT ）の商業開発を展示した産業セッ

OCT 装置は初代システムの約 2000 倍ている 2 つの 15 × 9 の走査を記録し、ションは、小型な低コストシステムによの速さで動作すると述べる。さらにツ合成して 15 × 15 のモンタージュを作る幅広い応用などの劇的な変化と、度ァイス社は、この急速な成長は続くと成する）。しかし、新たな技術によっ重なる技術開発による臨床インパクト見込んでいる（なお、スピードの向上て今や、200kHz の 15 × 15 の走査 1 回を予感させるものであったは画質の損失につながらず、むしろ画で可能となっている。これは、解像度質は改善している）。

を維持するために 100kHz で走査して。

（1）

走査速度、視野、システムサイズ

シュモル氏は、スピードが向上する

15×9 の画像を同時に記録していた方

独カールツァイスメディテック社につれて主に視野が広くなり、取得時法を置き換えるものだ。加えて、ツァイ（ Carl Zeiss Meditec ）は、眼科器具メ間の合計はほぼ変わらずにいると話し

ス社の研究者は、眼球運動のリスク緩ーカーが最初にタイムドメイン OCTた。しかし、現在の技術は、OCT 血和は再検査の必要性を下げるため、新システムを市場に送り出した当初か

管造影（ OCTA ）のように拡張できる

しい走査モダリティは取得時間を25％ら、OCT 技術の最前線に立ち続けてほどのスピードが可能となっている。

減らすことができると述べる。

いる。 同 社 はおよそ 20 年 にわたり、OCT 血管造影は、同じ場所を複数回アドオンのレンズにより、27μm の眼科学で OCT が標準治療となる際に走査することで、網膜毛細血管内で動解 像 度 と 90 °の 視 野 で、24 × 24 の重要な役割を果たしてきた。

く血液細胞のような変化を取得できる。

OCTA 走査のシングルショットを取得

オーストリアのウィ ーン医 科 大

現 在 の 多 く の OCT シ ス テ ム は、できる。これは、ツァイス社の広角眼（ Medical University of Vienna ）にあ3mm の走査深度と 20 〜 25μm の方位

底 カ メ ラ CLARUS 500 に 匹 敵 す る。
糖尿病患者の観察や治療だけでなく、a)

取得時間: ~2.5 sb)取得時間: ~25 s

疾患の理解そのものにも活用できると期待されている。
ツァイス社の R&D チームは、メガヘルツスピードの広視野イメージングに対するさらなる臨床価値を示している。これは、カンファレンスのプレゼ（2）テーションで紹介された（図 1 ）。

シュモル氏は、チップ上の眼科 OCTプロジェクトにおけるツァイス社の役割について議論した。このプロジェク
トは、2020 年末まで続く 5 カ年計画で
図 1 メガヘルツスピードでの SS-OCT は、想像するほど未来のことではない。OCTA の 12 ×12mm 走査（ a ）は 2.5 秒以下（ 1 秒あたり 170 万の A- スキャン）でキャプチャされ、100kHzシステムを用いて 25 秒かけて走査したもの（ b ）と同等画質で送られる。

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2020.7 Laser Focus World Japanある（3）。このコンソーシアムの目的は、光集積回路（ PIC ）を用いて OCT システムのサイズとコストを下げることで図２ ソーラボ社のMEMS-VCSEL 掃引波長レーザ源の新た な 可 能 性 は、 最適 化 された双 方 向掃 引 だ。 こ れ に より、 最 大 1.2MHzの効 率 的 な掃 引レートを実現する。開発 中 の も の は1MHz 以上（または2MHz の双方向）の掃引レートが可能と期待されている。

ある。CMOS エレクトロニクスの統合により、メンテナンス・アライメントフリーのデバイスを大量生産できると考えられている。こうしたデバイスは、ポイント・オブ・ケア診断やデジタル医薬における新たな応用を可能とするだろう。会議論文では、プロジェクトの最初の in vivo の結果は臨床的に有用な画質であることが示され、この技術による 2 つのシステムが紹介された（ 4 ）。
ツァイス社は、2020 年 1 月に始まった、もう 1 つの 5 カ年計画にも参加している。これはハンドヘルド OCT と呼ばれるもので、イメージングスピードが劇的に向上し、現在の最先端デバ消費者との協働を目的とした製造施設

加 わ っ たことは、 今 や製 品 は 980 〜イスと比較してサイズとコストを下げを所有している。

1650nm に広がることを意味する。

ソーラボ社の部品ビシネスは、自社ソーラボ社が OCT 向けにさまざまな（5）。別の会議論文での供給ラインだけでなく、OEM 市場光源を提供する一方で、フラッグシッ述べられたように、コンソーシアムのにも貢献している。そのため、さまざプ 照 明 製 品 は、 調 節 可 能 な MEMS-た新世代の 1060nm デバイスを容易にすることが目的だ

目的はこれらの目標を、「窒化ケイ素

まな OEM 製品とともに、カスタマイズVCSEL 掃引波長レーザ源である。一定の光導波路のモノリシック集積化、ゲされた OCT モジュールを複雑なホストの寿命出力を維持するため、100mmルマニウムの光ダイオード、新規の小システムに組み込む技術も提供する。

以上のコヒーレンス長とアクティブなさな全半導体の無動掃引源の混成集積ソーラボ社の最近の成果を要約する出力制御が特徴だ（ MEMS は微小電気と組み合わせたマイクロ光学」によって際、主要 VCSEL アプリケーション科機械システム、VCSEL は垂直共振器達成することだ。究極の目的は、網膜学 者 で あ る シ ャ ヒ ド・ イ ス ラ ム 氏

面発光レーザを意味する）。VCSEL ベ

病理学におけるポイント・オブ・ケア診（ Shahid Islam ）は、主な部品の小型ースの OCT は、高速かつ操作の柔軟断 や 診 断ドリブンな治 療 において、化とコスト削減であると言及した。彼

性、生物医学やその先にある新たなアOCTを幅広く適用させることである 。

は、OCT と蛍光イメージを同時に取得プリケーションを幅広くもたらす。こできる Telesto OCT のマルチモーダルの技術は現在、1060nm から 1300nmバージョン（2020 年発売）
を含む新製品波長の間で提供されているが、高速かを振り返った。他の新製品は、光学シつ調節可能で、複数の掃引モードがあOCT における別の大手企業は米ソグナルを分割して結合させるために設る。レーザは最大 3 つの完全に独立しーラボ社（ Thorlabs ）だ。15 年以上に計された、広帯域の光ファイバ結合器た掃引モードと、（オプションで）最大わたり、さまざまな光源、光学・機械製である。これは特定の結合比を有して3 つのマッハ・ツェンダー干渉計（ MZI ）品、検出器を含む部品からモジュラーおり、広いスペクトル幅と、最小限のスk クロックが可能で、マルチレートでサブシステム、そして完成系のシステペクトル依存性が特徴だ。OCTシステ複数の MZI 操作が実現できる。

ムまで、幅広い OCT 製品を取り揃えムに組み込みやすく、さまざまな波長とMEMS-VCSEL源の新たな可能性は、る開発製造者である。同社は OCT を帯域幅をカバーする高速なモニター出最適化された双方向掃引であり、最大発展させるために、オプトメカニクス、力を持つ OCT 平衡検波器である。ソ1.2MHzの効率的な掃引レートを実現す

光学コーティング、オプトエレクトローラボ社のリン化インジウム（ InP ）とる（一方向では 2 〜 600kHz、図 2 ）。ツニクス、光学ファイバ、半導体ウエハ

ガリウムヒ素（ GaAs ）ベースのブース

ァイス社のように、ソーラボ社もさら製造、そして研究者・産業パートナー・ター光増幅器（ BOA ）ラインが新しくなる高速化を実現している。第 1 世代

（6）より小さく、速く、手頃で、高性能なものをLaser Focus World Japan 2020.739

光コヒーレンストモグラフィから第 2 世代に進化した技術では、掃エンジンとスキャナが付いた全システ

引レートは少なくとも 1MHz、双方向ムが利用でき、さらにスピードアップ

なら 2MHz 以上に到達するとされてい（最 大 80kHz ）、 解 像 度 アップ（最 大る。さらに、第 2 世代では、幅広いカ2mm 軸）、侵入深さの拡張（ 1310nm ）スタマイズに対応できるモジュラーデなどのオプションがある（図 3 ）。同社

ザインが期待されている。の第2世代は臨床OCTシステムであり、ソーラボ社は最近、卓上型完成品のより入手しやすい価格で持ち運び可能

MEMS-VCSEL 掃引源（異なるイメーである（ PC、タッチスクリーン、ハンジング深度幅に応じた掃引レートに対ドヘルドのプローブを含めた重量は 4応する 1060 または 1300nm を含む）をポンド）。

発表した。これにより、OCT 感度の低価格の OCT 技術の臨床アプリケ損失がほぼなしに、イメージング深度ーションには当然、眼科学が含まれてを劇的に改善できる。

いる。統合されたルメディカ社のシステムが最近臨床研究で評価され、通常ソーラボ社の VCSEL 技術は 3 つのカンファレンスのプレゼンテーションで注目された。招待講演と新光源セ（7）ッションパート（ 8 ）の 2 つでは 1050nm

図３ 低価格 OCT を商業化するためにルメディカ社は設立された。OQ Labscope 2.0
SX はエンジンとスキャナが付属する全 OCTシステムで 9995 ドルだ。の商業用眼科システムの性能に届いていることがわかった（ 10 ）。特に、独ハ
イデルベルグ・エンジニアリング社（Heidelberg Engineering）の装置 Spec技術に焦点が当てられ、別の招待講演
では連続波の中赤外 VCSEL が取り上ンダードな OCT システムが 3 万 5000

tralisと比べてコントラストノイズ比はげられたドル以上する事実を問題視した。この94.4％であり、価格とサイズは10 分の1価格が理由で、新しい臨床分野や資金である。

。

（9）

今すぐさらに手ごろな価格に不足となっている場所に技術が届きにポイント・オブ・ケアの需要に見合う米デューク大（ Duke University ）のくくなっている。BiOS展示ホールでは、コストとサイズで、他のアプリケーシ

アダム・ワックス教授（Adam Wax）
は、ルメディカ社は研究者、教育者、医師、ョンへの適用が、他のジャーナルの論OCT をさらに手ごろな価格にするといOEM をサポートするために設計され文に掲載されている。

う明確な目標を掲げ、ルメディカ社た低価格帯の OCT システムの全製品（ Lumedica ）を設立した（最高科学責ラインを展 示 した。 その中 の 1 つに・ 皮膚科学における 2 軸 OCT。診断任者として従事）。彼は、現在のスタOQ Labscope 2.0 があり、9995 ドルでする際に皮膚下にある特徴を見る性能が、外科手術モデルで示されていMEEあり

MEEなしa)

正常な耳外耳道b)

大きな耳垢c)

低濁度の中耳滲出液

滲出液

TM空気空気中耳高濁度の中耳滲出液d) 肥厚したTM

空気

滲出液

図４ フォトニケ
ア社は、中耳の滲出 液（ MEE ）の 有無を簡便に区別でき る OCT 性 能 を売り出そうをしている。

る（ 11 ）。
・ 消化器学。特に、バレット食道上皮の内視鏡イメージング（現在の臨床研究では 3D プリントのパドルプローブを使用している）。
・ 婦人科。異常な細胞が最も成長しやすい、子宮頸管の移行帯（ T ゾーン）と呼ばれる場所のイメージング（臨（ 12 ）床研究が進行中）。

・ 整形外科における関節軟骨の厚さの計測。手術をガイドするためのライブイメージングに組み込める可能性がある（手術中における標準的な手40

2020.7 Laser Focus World Japanする（図 4 ）。 イリノイ大（ University

対象領域の血管造影のガイドに沿って・ 神経変性において、アルツハイマーof Illinois ）のステファン・ボッパートカテーテルを挿入するところから始ま病関連の網膜変性のマルチモーダル（ Stephen Boppart ）研究室で実施されり、目的の場所でステントを設置してなスクリーニングやバイオマーカーた最近の研究では、自動分類に機械学バルーンで拡張させる。米ハーバード大研究など。このアプローチでは、デ習を用いることで 98％の精度があると医学大学院（ Harvard Medical School ）ューク大の研究者による別の注目領報告された。これにより、同社はと米マサチューセッツ総合病院（ Massa域である角度分解低コヒーレンス光NIH グラントを獲得した。滲出液の検chusetts General Hospitall）のゲイリー・干渉（ a/LCI ）を利用しており、OCT

出性能は米国 FDA の 510(k) クリアラ

ティアニー氏（ Gary Tearney ）の研究を組み合わせて蛍光と組織構造も活ンスを取得し、70 人の患者の臨床研室の成果をもとにしたスタートアップ用する（ 13 ）法は存在していない）。

（ 15 ）

究では、90％以上の感度、特異度、精企業である米スペクトラウェーヴ社

・ 関 節 鏡 検 査 や一 般 的 な外 科 手 術。

度、そして高い判定者内一致が得られ（ SpectraWAVE ）が開発した技術は、商業的に入手できる、固いビアスコた（ 16 ）。フォトニケア社は、決定支援

PCI のガイダンスを補助することが目ープを用いて、OCT イメージングのを補助するための先進アルゴリズムに的だ。また、ステント植込み術を改善ために設計されたシステムによる新対して拡張 510(k) クリアランスを計画して心臓発作を予防することも考えてしいアプリケーション。

している。

いる（ 17 ）。

。

（ 14 ）

フォトニケア社のモデルでは、1 回

OCT は、 静 脈 内 超 音 波（ IVUS ）との使用あたり 150 〜 200 ドルのコスト

近赤外分光法（ NIRS ）も含め、現在認米フォトニケア社（ PhotoniCare ）の削減の可能性があると推定されている

められている数少ない冠状動脈イメー

共同創業者であるライアン・シェルト（多くの症例を積み重ねることで実質ジ ン グ 法 の 1 つ で あ る（ 18 ）。OCT は、ン CEO（ Ryan Shelton ）は、最前線の的な数字となる）。同社は現在、顧客IVUS よりもはるかに高い解像度を持ヘルスケアに向け、OCT ベースのハンから複数の同意書を所有しており（他にち、薄いキャップを含め、血管径と主ドヘルド診断プラットフォームとして、も進行中のものがある）、保険請求する要な血管壁の形態を明確に描写でき中耳炎を客観的、定量的、非侵襲的にための CPT コードを 2 つ持っている。

る。しかし、カルシウムと脂質を区別アプリケーション：耳の感染症評価する初のアプリケーションを描いた。中耳炎は、米国の子どもにおけるアプリケーション：心血管疾患することが難しい。NIRS は、FDA から承認された脂質検出法で、組織学と聴力低下、手術、抗生物質使用の主な世界保健機関によると、世界の主な原因である。シェルトン氏は自身の講

死 因 は 心 血 管 疾 患（ CVD ）で あ る。

演のタイトルを「カーテン越し」としCVD では、血管壁に蓄積したコレススペクトラウェーヴ社の研究主幹兼エンた。なぜなら、スタンダードな技術でテロールが血流内で脂質プールを形成ジニアであるバリー・ヴォン氏（Barry Vuoは、耳の感染症を評価するために「カする。非常に薄い組織に覆われており、ng）
は、NIRSと血 管内OCT（IV OCT）ーテン（鼓膜、TM のこと）」で見てお脂質プールが破裂すると血栓形成を引を組み合わせ、1 台のコンパクトで手り、カーテンの向こうにある実際の感き起こし、血流が制限されることで心頃な価格の新しい装置に組み込むこと染を可視化する方法ではないと彼は説臓がダメージを受ける。一般的な治療で、心臓病患者のアウトカムを改善す明した。さらに、現在の技術は主観的法はステント植込み術だが、その手術ることに同社は取り組んでいると説明であり、初期治療では 50％が誤診とにより多くの合併症が生じる可能性がした。この技術を組み合わせることで、なっている。

ある。画像ガイダンスによりステント冠動脈プラークの微小構造や組成に関一方、フォトニケア社のハンドヘル植込み術のアウトカムは向上しているする情報を同時に得ることができ、スドの TOMi Scope は、これまでにないものの、世界の症例で 15％しか使用

テント植込み術と脆弱性プラークの検画像で中耳を見ることができる。これされていない。

出を大幅に改善できる。

により、 浸 出 や化 膿 を定 量 化 でき、現在の標準的な治療は、薬物療法とTM の構造や厚さを可視化できる。特経皮冠動脈インターベンション（ PCI ）に TM の厚さは、疾患の分類を可能とからなる。PCI は大腿動脈の切開と、の相関性は高いものの、深度情報は得られない。

参考文献
https://bit.ly/BiomedOCTRefs に記載。

LFWJ
Laser Focus World Japan 2020.7

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