内視鏡用の新しいレンズ システムにより、医師はこれまでにない体内の観察が可能になります
ホスピメディカ・インターナショナルのスタッフライターによる
投稿日: 2024 年 11 月 18 日
人体は、心臓血管系、呼吸器系、消化器系を横断する複雑な相互接続された通路のネットワークです。医師にとって、これらの狭く曲がりくねった動脈、気管支、胃腸腔内の罹患または損傷した組織に到達して治療することは、気の遠くなるような作業となる場合があります。これらの経路の多くは直径が小さいだけでなく、顕微鏡サイズまで狭くなるため、治療のために経路にアクセスすることが困難になります。これらのエリアを移動して表示するために使用される医療機器は、柔軟性と操作性が高く、光源を備えている必要があります。そのようなデバイスの 1 つが内視鏡です。内視鏡は、光を運ぶ細長い柔軟な管で、先端にはカメラが付いていることもよくあります。内視鏡は、心臓内の血栓、気道の閉塞、早期結腸癌などのさまざまな病状を検出、観察、治療するための重要なツールとして長い間使用されてきました。
しかし、現在の内視鏡には限界がないわけではありません。現在使用されている多くの内視鏡のサイズは、脳の動脈や肺の細気管支などの体内の小さな空間に到達するには大きすぎます。サイズの制約は主に、デバイスの先端に必要なカメラ レンズと光源によるもので、これらは病変組織の検出、観察、治療に不可欠です。これに応えて、研究者らは現在、医師が体の奥深くの領域をよりよく観察して治療できるようにする革新的なレンズシステムを設計しました。研究者らは、微細なナノ構造を通して光を操作する平らで軽量な光学部品であるメタレンズを開発した。メタレンズは、スマートフォンのカメラなど、スペースが限られているさまざまなテクノロジーで幅広い用途に使用できます。
画像: 内視鏡レンズ システムの図 (写真提供: Aamod Shanker/UW ECE)
ワシントン大学電気・コンピュータ工学部（米国ワシントン州シアトル）の研究チームが設計した小さな平らなメタレンズは、最小の内視鏡の直径を50％以上縮小できる可能性がある。この減少により、医師は体内のより深い、届きにくい領域にアクセスできるようになります。このシステムは信じられないほど小さく、開口部の幅はわずか 0.5 ミリメートルで、人間の髪の毛を 5 本並べた程度の幅です。新しいメタレンズ システムは、サンプルを通過する光の位相を測定する顕微鏡技術である定量的位相イメージングと深度センシングを使用して、最小限の計算要件でリアルタイムのフルカラー 3 次元ビデオを生成します。研究では他の状況での定量的位相イメージングと深度センシングの使用が検討されていますが、内視鏡処置におけるそれらの応用はユニークで革新的な開発です。
この光学システムのもう 1 つの新しい特徴は、深度センシングと 3D イメージングに色収差を使用することです。通常、色収差は、レンズがすべての色の焦点を同じ点に合わせることができないために、画像に色の縞が生じる光学的欠陥として見なされます。しかし、チームはこの不完全さを利点に変える方法を見つけました。小さな平らなメタレンズを使用することで、色の分割効果が生まれ、各色が異なる深度で収束します。この縦方向の虹効果により、深度をカメラのカラー チャネルにマッピングできます。この研究結果は、 自然光: 科学と応用このようなレンズ システムを備えた内視鏡が医師にリアルタイムの視覚的フィードバックを提供し、医療処置の効率、精度、成功率を向上させることができることを示しています。また、このシステムは、有害な放射線にさらされることなく、X 線よりも高い解像度と優れたコントラストを提供します。
「私たちは外科医や内科医の目を体の奥深くまで拡張しようとしているのです」と、論文の共著者で数十年にわたり内視鏡の設計に携わってきた、ウィスコンシン大学機械工学研究教授エリック・セイベル氏は語った。 「これはメタオプティクスの応用であり、膨大な量の開発作業を伴い、すべての人の生活に実際的な影響を与える可能性があります。その影響を与えるにはさらに20年かかるかもしれない。しかし、これは大きな可能性を秘めたテクノロジーなので、誰もが注目し始めるはずです。」
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2024-11-18 15:47:00