微量分析物のリアルタイム検出のための分子アンテナ強化光熱分光技術 学術的背景 環境や安全モニタリングにおいて、リアルタイムで高選択性かつ高感度に微量の気態化合物を検出することは重要な課題です。特に、全フッ素および多フッ素アルキル物質（PFAS）のような新興環境汚染物質の大気中の選択的検出の必要性が高まっています。従来のマイクロ/ナノセンサープラットフォームは感度の点で潜在能力を持っていますが、表面積が小さく、化学的選択性が低く、応答時間が長いため、リアルタイム検出のニーズを満たすことが困難です。光熱分光技術は、中赤外分光の高選択性とマイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）センサーの高熱感度を組み合わせ、高選択的な検出方法を提供します。しかし、マイクロ/ナノセンサーの表面積が限られてい...
皮膚がん診断を支える新しい手法：光音響イメージングとレベルセット分割アルゴリズムに基づく研究 近年の地球環境変化や人口の高齢化に伴い、皮膚がんの発生率は年々増加傾向にあります。皮膚がんは、重要な公衆衛生上の課題となっており、代表的な非メラノーマ皮膚がんには、扁平上皮がん（Squamous Cell Carcinoma, SCC）と基底細胞がん（Basal Cell Carcinoma, BCC）が含まれます。その中でも、基底細胞がんは最も一般的であり、米国では毎年約430万件の新たな症例が報告されています。このがんは死亡率こそ低いものの、患者の生活の質や医療資源に対して重大な負担をもたらしています。 基底細胞がんの臨床診断および治療には、いまだ多くの課題が存在します。従来の腫瘍境界評価法は主...
背景紹介 白内障手術や水晶体交換手術の普及に伴い、人工水晶体（intraocular lens, IOL）の光学性能は術後患者の視覚品質において重要性を増しています。臨床的な視覚性能（視力や焦点範囲など）の予測は眼科分野における重要な研究テーマとなっており、特に異なる設計のIOLを議論する際には、その光学性能が瞳孔サイズの変化によって異なる可能性が注目されています。しかし、現在の既存の予測モデルは固定された瞳孔サイズを前提としており、実際の臨床応用におけるこの重要な変数を無視しています。 近年、標準化されたプロセス（例: ANSI Z80.35-2018およびISO 11979-7:2024）が単眼デフォーカス曲線（monocular defocus curve）を導入し、IOL（例: 延長...
新しいコンパクト型二重パス眼内散乱測定システムに関する研究進展 学術的背景 世界保健機関（World Health Organization, WHO）の報告によると、白内障は世界中で失明の主な原因となっており、失明症例の約50％を占めています。全世界で2000万人以上が白内障により視力を失う、または重度の視力障害を抱えています。現在の治療方法は主に手術に依存しており、混濁した水晶体を除去し、人工水晶体を挿入することで視力を回復させています。しかし、白内障の発生機序に関する研究が進むに伴い、薬物による予防および治療への期待が高まっています。この期待を実現するためには、白内障の初期症状を正確に監視することが極めて重要です。 白内障の初期症状はほとんど目立たず、または検出が困難な場合が多いですが...
皮膚の色素沈着バイアスの挑戦：組織酸素測定における時域近赤外分光技術の応用 背景と研究動機 近年、光学技術は医療診断と治療における利用が急速に進んでいます。しかし、皮膚の色素沈着レベル（皮膚中のメラニンの含有量）の違いが光学デバイスの精度に著しく影響を及ぼす可能性があります。たとえば、COVID-19パンデミック中、複数の臨床医が報告したように、脈拍血中酸素飽和度計（SpO2）は低酸素状態にある肌の色が濃い患者に対して十分に正確な結果を示せませんでした。この問題は研究界において光学デバイスの多様な患者層への対応能力を再評価するきっかけとなりました。しかし、異なる光学デバイスに対する皮膚の色素沈着の影響に関する研究は依然として非常に限られています。特に新たに登場した時域近赤外分光技術（Time...
絹フィブロインヒドロゲルにおけるフェムト秒レーザー誘導屈折率変化研究：眼科用生体埋め込み材料の新たな可能性 高度に知能化と生物医学が急速に進化する今日、屈折矯正技術は世界中の眼科分野で注目される研究トピックとなっています。しかし、現在の矯正技術（例：角膜の機械的形状変更や商用設計の眼内レンズ材料の使用）は、精度の不足や使用材料の生体適合性の欠如といった問題に直面しています。このため、科学界では新しい非破壊的な矯正技術である「フェムト秒レーザー誘導屈折率変化（Laser Induced Refractive Index Change：LIRIC）」がますます注目されるようになりました。この背景のもと、University of Rochesterの研究チームはInstituto de Ópti...
数値解析が多焦点眼内レンズの術後視覚評価と最適化を支援 導入と研究背景 白内障手術の主要な目標の一つは、患者が眼鏡を使用せずとも鮮明な視覚を実現することです。しかし、この目標は以下の二つの主要な課題によって制限されています：水晶体調節機能の喪失と術後角膜乱視（corneal astigmatism）。これらの課題に対処するため、臨床では角膜乱視矯正眼内レンズ（toric intraocular lenses, toric IOLs）を導入し乱視を矯正する一方、多焦点眼内レンズ（multifocal intraocular lenses, multifocal IOLs）を開発し、多焦点視覚の需要に応えようと試みています。しかし、臨床観察によれば、単焦点眼内レンズ（monofocal IOLs...
光コヒーレンストモグラフィーとロボット工学の融合：現在の研究と将来の展望 学術的背景 光コヒーレンストモグラフィー（Optical Coherence Tomography、OCT）は、非侵襲的で高解像度の光学イメージング技術であり、その誕生以来、生物医学分野で広く利用されています。OCTはマイクロメートルレベルで組織の構造を可視化することが可能であり、特に眼科領域では、角膜や網膜のイメージングや病気の診断といった応用で大きな成功を収めています。しかし、従来型のOCT装置は通常、静的な環境でのイメージングに使用され、装置の大きさ、視野（Field of View, FOV）、および操作の柔軟性の観点で制約を受けています。動的で複雑な医療シナリオや外科手術への応用では、従来のOCT装置の限界が...
高解像度動的微表情捕捉：多焦点カメラアレイの革新 背景と研究課題 生物医学、感情認識、疾患診断、外科手術の評価、顔面補綴、および遺伝的特徴研究など、多くの分野で高品質な動的顔面画像の捕捉が非常に重要となっています。人間の顔の表情、特に微表情は豊富な生物医学的情報を提供することができます。例えば、高解像度の動的顔面表情を捕捉することで、感情コンピューティングの精度向上、特定の疾患診断、手術結果の評価、そして高精度の顔面補綴の生成が可能になります。このような応用背景において、顔面曲面の詳細を高解像度で捕捉することが、科学界における重要な課題となっています。 従来の単一カメラシステムでは、景深（Depth of Field, DOF）、視野（Field of View, FOV）、および解像度の間...
光学革命の新たな扉：光学相関断層撮影とラマン分光技術を融合した多モダリティ網膜イメージングシステムの開発 研究の背景と意義 網膜組織の分子情報へのアクセスは、眼科および神経変性疾患の早期診断を可能にする重要な鍵の一つとなっています。しかし、現在の網膜イメージングのゴールドスタンダードである光学相関断層撮影（Optical Coherence Tomography, OCT）およびその機能拡張技術である光学相関断層血管撮影（OCTA）では、網膜の構造および血流灌流情報しか提供できません。これらの技術は糖尿病性網膜症やアルツハイマー病、多発性硬化症といった中枢神経系疾患に関連する網膜や血管の変化の診断に顕著な価値を持ちますが、疾患の起源に対する特異性が不足しています。これは、それらの構造および血...