image: Fundus image taken by portable near-infrared fundus camera. view more
Credit: Jun Ohta
【ポイント】
- 眼底網膜は体外から血管を観察できる唯一の場所だが、従来その撮像には医療専門家の操作を要していた。
- 高速微動する眼球をトラッキングする技術とまぶしくない近赤外光を用いることにより、カラー眼底網膜像を誰でも自分で撮影できる小型眼底カメラシステムを開発。
- 眼病のみならず生活習慣病をチェックできる在宅ヘルスケア機器への応用が期待される。
【概要】
奈良先端科学技術大学院大学（学長：横矢直和）先端科学技術研究科 物質創成科学領域の太田淳教授らの研究グループと東京大学大学院情報理工学系研究科石川正俊教授らの研究グループは共同で、画像処理装置の高速ビジョンと近赤外光を用いることにより、ユーザーが1人で眼底網膜像を撮影する新しい小型眼底カメラシステムの開発に成功した。眼底網膜像を自宅で1人で日常的に撮影できることで、生活習慣病の予防などパーソナルヘルスケアへの応用が期待される。
1秒に1000枚の画像を信号処理する高速ビジョンと高速化した周辺装置を融合した知能システムは、人間の視覚を遙かに超えた機能と性能を実現し、交通・運転制御、検査、高速ヒューマンインターフェースなど色々な分野にイノベーションを起こすと期待されている。
今回この高速ビジョンと近赤外画像技術を用いることで、ユーザーが1人でも正確に眼底の毛細血管を捉えるシステムの開発に成功した。眼底は体外から血管が観察できる唯一の場所であり、その観察は目の病気だけでなく生活習慣病の予防にも有用である。眼底を気軽に1人で撮像できる本システムは、今後パーソナルヘルスケアへの応用が期待される。
本システムによる装置は、現時点では未承認医療機器であり、販売、授与できないものである。今後、自宅で気軽に眼病や生活習慣病をチェックするヘルスケア機器として、実用化を目指す。
本成果は、JST 戦略的創造研究推進事業 ACCEL「高速画像処理を用いた知能システムの応用展開」（研究代表者 東京大学石川正俊教授、プログラムマネージャー 岸則政、研究開発期間 平成28年8月から平成33年3月）によるもので、2018年6月21日ハワイで開催された国際会議2018 Symposia on VLSI Technology and Circuitsにて"Next-Generation Fundus Camera with Full Color Image Acquisition in 0-lx Visible Light by 1.12-micron Square Pixel, 4K, 30-fps BSI CMOS Image Sensor with Advanced NIR Multi-Spectral Imaging System"の講演題目で発表された。
【解説】
1秒に1000枚の画像を信号処理する高速ビジョンと高速化した周辺装置を融合した知能システムは、人間の視覚能力を遙かに超えた機能と性能を実現し、高速移動物体をトラッキングできるため、例えば自動車・交通分野での障害物検出・回避や自動運転制御、FA（ファクトリー・オートメーション）やセキュリティ分野での検査、ユーザー動作への高速応答と情報提示による高速ヒューマンインターフェースなど、色々な分野にイノベーションを起こすと期待されている。今回この高速ビジョンと近赤外光技術を用いることで、ユーザーが1人でも正確に眼底の毛細血管を捉えるシステムの開発に成功した。眼底は体外から血管が観察できる唯一の場所であり、その観察は目の病気だけでなく高血圧や動脈硬化などの診断にも用いられており、生活習慣病の予防にも有用である。眼底を気軽に1人で撮像できる本システムは、今後パーソナルヘルスケアへの応用が期待される。
【背景と目的】
眼底網膜は身体の外から血管の様子を詳細に観察できる唯一の場所である。毛細血管をも観察することで、眼の様々な疾患だけでなく、高血圧、動脈硬化、糖尿病などの生活習慣病の状態を観察することができる。
眼底網膜像を得るためには眼科病院などで医師などの専門家の操作のもと撮像してもらう必要がある。眼底を撮像するためには、瞳孔と眼底の光軸を正確に合わせ、暗い眼球内を強いフラッシュ光で隈なく照らす必要がある。眼球が高速に細かく動くことやまぶしさのため、患者が自分で撮像することは困難である。
今回開発したシステムでは、（１）高速微動する眼球を高速ビジョンシステムによりトラッキングし、さらに（２）まぶしくない近赤外光を用いることで眼底に十分な強度の光を到達させることができるため、眼に負担をかけることなく眼底像を得られる。高速トラッキング技術は、本プロジェクトの分担グループである東北大学大学院情報科学研究科鏡慎吾准教授が開発したシステムをもとにしている。また、近赤外光照明のため得られる画像は白黒であるが、ナノルクス社の開発した3波長近赤外光からカラー画像を再現する技術を用いることで、近赤外光でもカラーの眼底網膜像を得ることができる。
眼底網膜像を自宅で気軽に1人で撮影できれば、日々の生活習慣病の観察に用いることができ、パーソナルヘルスケアへの応用が期待できる。また眼底網膜像をインターネット経由で医師に送ることで遠隔診断も可能になる。また小型軽量な特徴を生かして、眼病が多いと言われている開発途上国でのその場診断への展開も可能である。
【今後の展開】
本システムによる装置は、現時点では未承認医療機器であり、販売、授与できないものである。今後、自宅で気軽に眼病や生活習慣病をチェックするヘルスケア機器として、実用化を目指す。
今回は高速ビジョンシステムと近赤外光技術の各々を独立で実証しているが、今後この2つの技術を融合することで一層鮮明な眼底網膜像をより簡単に取得できることを目指す。また小型化を進めスマートフォンのアタッチメントとして実現することを計画している。またカラー画像の色再現性についても検討を進めていく。これらの技術展開により、誰でも容易に使えるこれまでにないパーソナルヘルスケア機器の実現を目指す。
【用語解説】
- 高速ビジョンシステム：東京大学石川教授が提案する撮影技術で、毎秒1000枚もの高速撮像により人間の視覚能力を遙かに超えた機能と性能を実現できる。これにより交通・運転制御、検査、高速ヒューマンインターフェースなど色々な分野にイノベーションを起こすと期待されている。
- 眼底網膜像：眼の奥には網膜組織があり、そこには多数の血管が張りめぐらされている。瞳孔から眼の内部を見ることでこの眼底網膜像を得ることができる。眼底は体外から血管を観察できる唯一の場所で、眼底網膜像を検査することで、眼の疾患以外の高血圧、動脈硬化、糖尿病の兆候などの診断にも有効とされている。
- 眼底カメラ：眼底網膜像を撮影するための眼科病院等で用いられる医用機器。通常患者の顔を固定して、医師や検査技師などの専門家が撮像する。瞳孔を開けたままにしておくために光軸合わせには近赤外光を用い、撮像時にはフラッシュ光で暗い眼内を照らす。
- 近赤外光：波長700～2500 nmの光で人間には見えない。通常のイメージセンサーはSi（シリコン）フォトダイオードで受光しており、Siは波長1000nm付近まで受光感度があるので、通常のイメージセンサーでも1000nm付近までの近赤外画像を得られる機種がある。
- 近赤外光からのカラー画像再現：ナノルクス社が発明、開発した手法。近赤外域にある3波長が、対象物体からの反射強度において各々青、緑、赤の波長と相関することを利用してカラー画像を再現する。
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研究室ホームページ：http://mswebs.naist.jp/LABs/pdslab/index-j.html