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光コヒーレンストモグラフィ

バイオとそのかなた：OCT の進展がイメージ
ングのスケールコストの障害を打ち破る
マクロレンジのOCTで、チェスをプレイする等身大マネキンのフルな 3D レンダ
リングイメージを作成した。スキャン修
正 前 は 1000 ×1000 × 1000 のA- スキャンから構成
さ れ る。0.98m3のボリュームサイズと 54dB の ダ イ ナ
ミックレンジのために 200 ギガサンプ
ル（ローデータ）がベースとな っ ており、平均ノイズフロアを超 え る 約 10dB の強度しきい値が適応されている。

企業やアカデミアに所属する研究チームは、 光コヒーレンストモグラフィ（ OCT ）におけるブレークスルー、すなわちメートルスケールの OCTを歓迎している（1）。性能が以前より劇的に向上しただけでなく、高パフォーマンス、低コストのシステム実現の前触れでもある。さらに、生体医学に加えて、工業アプリケーションの広い分野においてインパクトをもたらしている。
OCT が眼科学において最も大きな成功を成し遂げ、消化器病学、心臓学、皮膚学などの他分野においても内視鏡検査や表層イメージングなど、最も有望な技術であることは驚きではない。
マイクロスケールの解像度で高スピードに、そしてミリメートルからセンチメートルスケールの幅の深さでボリュームイメージを作成する。
しかし、立方メートルボリュームで高スピードの 3D OCT イメージングを研究者が報告すれば、パラダイムシフ
トが起きるだろう。米マサチューセッ

非破壊検査、技術的計測などだ。

ブレークスルーを可能にする

米ソーラボ社（ Thorlabs ）と米プリビウム・リサーチ社（ Praevium Research ）が開発した VCSEL は、小型の微小電ツ工科大のジェームズ・G・フジモト氏

新たな領域のオペレーションでは、気機械システム（ MEMS ）機器を使用す（ James G. Fujimoto ）の 研 究 室 で は「光源、統合された光受信機、信号処る。これは、レーザの波長を経時的に1990 年代に共同研究者と OCT を開発理において極めて高パフォーマンスな素早く変化させる掃引源OCTを実行すしたが、彼らの新しい「長距離」またものが要求される」とフジモト氏は述るためだ。論文の共著者である MIT

は「マクロスケール」の OCT は、「以べる。ブレークスルーをもたらすのは、とソーラボ社 のベン・ ポツェイド氏

前の3次元OCTで示されたものよりも、チューナブルの垂直共振器面発光型レ（ Ben Potsaid ）は、VCSEL 源のコヒー

少なくとも 1 ケタ大きい深い幅とボリーザ（ VCSEL ）源と、遠隔通信アプリレンス長は他の適切な掃引レーザ技術ュームである」ことを証明した。

ケーション用にデザインされたチップよりも 1 ケタ長いことが研究により明この数年後、フジモト氏と共同研究ベースの光受信機だ。研究者は自分たらかになったため、長距離アプリケー者は、1.5mを超えるさまざまなものをちの仕事が、導波器の統合、光検出器、ションの可能性が見えたと説明した。

15μmの解像度で測定しており、多くの掃引レーザ、チップベースの OCT 干渉

しかしながら、光検出とデータ取得

新たなOCTアプリケーションを想像し計を含むフォトニック集積回路（ PIC ）の困難に研究者は直面していた。やがやすくなっている。例えば、モニタリン開発の目覚ましい進歩の上に成り立って、米アカシア・コミュニケーションズ

グを処理する高度な医学イメージング、ていることを自覚している。

社（ Acacia Communications ）製 造 の16

2017.3 Laser Focus World Japan

シリコン製フォトニクスコヒーレント

さらにヒトの頭蓋骨や大脳モデルを光受信機がこれらの課題を解決できるイメージングすることで、肉眼検査のことがわかった。この発見はまた、い解剖学的イメージングに向けたメート

くつかのバルクの OCT コンポーネント

ルレンジの OCT アプリケーションであを、小型で低コスト、シングルチップることを証明した。おそらく、手術のの PIC から成る集積光学に置き換えら計画やガイダンスに有効だろう。このれることを意味した。重要なことは、技術によって、腹腔鏡検査や食道など非常に高い電気周波数と広域な光学波の構造のマッピングで 3D 測定も可能に長を PIC 受信機がサポートしているこなるだろう（しかしながら、散乱試料でとである。なぜなら、与えられたデーは透過限界は 1 ～ 2mm なので、マクタ取得スピードに対する OCT イメージ

ロスケールの OCT は MRI や CT などのング幅を 2 倍にする直角位相の掃引源

トモグラフィ医療機器の置き換えにはOCT で必要となるからである。

ならないだろうと研究者は警告する）。

研究者が行った試験では、VCSEL

マクロレンジの OCT は、素材の組成、源と PIC 受信機のどちらもパフォーマ表面化の構造、コーティング、表面粗度、ンスが基本的限界に達していなかっ他の特性の情報を得られる性能があり、た。そこで、カスタマイズした集積回工業、製造業、医学で多くの新しい利路のチップを用いて、リアルタイム用法があるのは間違いない。ヒトサイ

OCT を目標に、データ取得と処理のズの物体を高い解像度でイメージングスピードを上げることに取り組んでいできるため、3D オブジェクトの認識やる。論文の共著者であるアカシア・コ

観察などのコンピュータビジョンの課題ミュニケーションズ社のクリス・ドーアの解決に一役買うかもしれない。

氏（Chris Doerr）
は、「今後 5 年以内に、この技術は周波数変調された連続波シングルチップのフル OCT システムがコヒーレントレーダに似ているが、1ケタ期待される」のは現実的だと述べる。

大きいスピードをもつ。ライダ、レーザ実験と期待

トラッカ、周波数コムレーザのような他の 3Dレンジ技術と比べて、OCT は表研 究 者 は、 中 心 波 長 1310nm の面下の評価や弱く散乱する物体のイメVCSEL のチューナブルレーザを用い、ージングにより適する。変調イメージン

100kHz の繰り返し率で 80nm のフルグなどの他の 3D 表面下イメージング法掃引レンジに調節した。メートルレンに比べて、OCT は高い解像度をもち、ジの OCT が、さまざまや形状や素材クラッタや寄生反射の感受性が低い。の表面から強い信号を得られることがさらに、組成、積層構成、コーティング、示された。

表面粗度などの特性に関する情報を得

複雑な形状や表面プロファイルをもられる可能性を秘めている。

ち、弱く散乱する物体を調整、計測でそして、偏光、運動、分光、エラスきる新技術を証明するために、研究者トログラフィと対比した研究から、さは自転車をイメージングした。非接触的らなるアプリケーションが生まれるかな計測学への適性を示すために、65dBもしれない。のダイナミックレンジで1m から1μmの範囲でアルミニウムのポストやスチールのゲージブロックを定量的に計測した。

（ Barbara Gefvert ）参考文献（ 1 ）Z . Wang et al., Optica, 4 , 1 0 , 1 4 9 6(2016); doi:10.1364/optica.

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