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ウルトラミニ微小内視鏡、高品質画像生成

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December, 18, 2019, Boltimore--Johns Hopkins大学のエンジニアは、新しいレンズフリー、ウルトラミニ内視鏡を開発した。幅は、人の髪の毛わずか数本であり、高品質画像を生成する。
 研究成果は、Science Advancesに発表された。

「通常、われわれはサイズか、画像品質のいずれかを犠牲にしなければならない。われわれは、この微小内視鏡で、両方を達成することができた」と同大学、電気・コンピュータサイエンス、准教授、Mark Fosterはコメントしている。

マイクロ内視鏡は、動物テスト被検者の脳で、ニューロンが発火する際のニューロンを調べるために設計されている。したがって、微小スケールとともに鮮明な画像を生成する強力さが必要である。ほとんどの標準的マイクロ内視鏡は、直径が1/2~数ミリメートルであり、高品質イメージングを達成するには、それよりも大きな、侵襲的なレンズを必要とする。レンズレスマイクロ内視鏡は存在するが、脳の領域をピクセル毎にスキャンする光ファイバは、頻繁に曲り、動くとイメージング能力が失われる。

新しい研究では、研究チームはレンズフリーのウルトラ微小マイクロ内視鏡を作製した。これは、従来のレンズベースマイク内視鏡と比べると、研究者が見ることができる量が増え、画像品質を改善する。そのデバイスをテストするために、チームは、スライド上の多様なパタンのビーズを調べた。

研究チームは、符号化開口を利用してこれを達成した。これは、ランダムに光をブロックし、既知のパタン投影を作るフラットグリッドである。ランダムに孔を開けたアルミフォイルで、小さな孔の全てから光を透過させるようなものである。これにより、乱雑な画像が生成するが、光がどこから来たかについての情報が得られ、その情報は、コンピュータで鮮明な画像に再構成される。

「数千年間、目標は可能な限り鮮明な画像を作ることだった。今、コンピュータ再構成により、われわれは、一見酷い、直観に反する画像を意図的に捉えるが、最終的に鮮明な画像になる」とFosterは話している。

加えて、同氏のチームの顕微鏡は、多様な深さで物体に焦点を合わせるために動く必要がない。コンピュータ再焦点化を利用して3次元で光がどこから来るかを確定する。これにより、内視鏡は、従来バージョンよりも遙かに小さくなる。

今後、研究チームは、蛍光ラベリング処置でその微小内視鏡をテストする。そこでは、活性脳ニューロンがタグづけされ、照射され、ニューロン活動のイメージングでその内視鏡の精度が決まる。