生体内光イメージング技術の応用分野 脳 の 光イメージング デバイス

脳 の 光イメージング デバイス
～頭蓋骨を透して 脳に光を照らす～
Implantable device system for brain imaging
生体内光イメージング技術の応用分野
生体組織の光学イメージング技術は、臓器の機能解明を目的とする基礎研究から、
画像診断や光線力学治療を目的とする臨床応用まで、健康・医療分野での応用が
大きく期待され、世界中で研究開発が活発に進められています。
細胞と生体組織との相互作用
• 幹細胞・・・幹細胞ニッチ、周辺細胞や外因性シグナルによる分化制御
• がん細胞・・・転移性、血管内皮細胞との相互作用
• 神経細胞・・・神経ネットワーク、複数の神経間細胞間の相互作用
生体顕微イメージング技術の応用分野
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幹細胞
移植細胞
血管系
皮膚
脾臓
デバイスの小型化 ⇒ 生体への低侵襲性
課題を解決するための手段
従来型（LED搭載型)
デバイス幅
デバイス厚
さ
最小設計寸法：600 µm
イメージセンサ幅 (100-2000 µm)
＋ＬＥＤ幅(～500 µm)
最小設計寸法：105 µm
イメージセンサ(20-200 µm)及び
基板厚さ(5-50 µm)
＋ ＬＥＤ厚さ (～100 µm)
本技術（頭蓋骨照明型)
最小設計寸法：100 µm
イメージセンサ幅（100-2000 µm)
最小設計寸法：25 µm
イメージセンサ(20-200 µm)及び基板
厚さ(5-50 µm)
生体組織の照明光源となるデバイスを、頭蓋骨上に設置
することで、頭蓋骨が光導波路兼、拡散板の役割を果たし、
イメージング部位の脳組織全体が均一に照明される。
＜利点＞
・光学素子を生体組織に刺入しないため、生体への侵襲性が低減される。
・頭蓋骨を光導波路として利用することにより、脳組織全体を均一に照明する。
・光源は、LEDのほか、光ファイバーを接続することによる外部光源の利用が
可能となり、照明光の選択自由度（波長・エネルギー・コヒーレンス・
パルス変調）が高い。
国立大学法人
奈良先端科学技術大学院大学
先端科学技術研究推進センター /
物質創成科学研究科（光機能素子科学研究室）
竹原 宏明 特任助教
デバイス寸法の
大幅な低減が可能
本研究は、各種の実験動物や人間など生物の被検体の脳を始めとする
各種生体組織内で発生する情報を光学的手法により収集するとともに
該収集した情報に基づいて該生体組織の構造や活動状態を可視化する
生体組織用イメージングデバイス及び生体組織用イメージング方法を
提供します。
照明の均一性
従来型（LED搭載型)
光源の選択性
従来型（LED搭載型)
本技術（頭蓋骨照明型)
本技術（頭蓋骨照明型)
光源選択の自由度
デバイスに搭載可能な光源(LEDな
多様な外部光源の利用が可能
ど)のみに限定
波長
単一波長のみ
（イメージング時切り替え不可）
多波長
（イメージング時切り替え可能）
レーザー光源の使用困難
レーザー光源の使用可能
(光ファイバ接続)
コヒーレンス
埋植可能なLED
多色イメージング
光ファイバ接続
企業様への期待
・吸収フィルターの原料となる色素・塗料に関する技術を有する企業
光源波長の選択を行えることで、多色イメージング(吸収波長や蛍光
波長による塗り分け）が可能となる。（例えば、酸素化ヘモグロビン
による動静脈の塗り分け、蛍光タンパクによる塗り分け）
① 吸収波長
② 蛍光波長
酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘ
モグロビンの光吸収係数の違い
溶存酸素濃度依存性を有する蛍光
プローブを酸素センサとして使用
・デバイスの実装・パッケージング技術を有する企業
・イメージセンサ制御に用いるソフトウェア開発技術を有する企業
・デバイスのワイヤレス化のための無線・通信技術を有する企業
・ユーザー開拓につながる実験機器販売を行う企業
・そのほか本技術に興味を有する企業
上記のような、実用化に向けたご協力及び共同研究をしていただける
企業様・研究機関様からのご連絡をお待ちしております。
本技術に関する知的財産
発明の名称：生体組織用イメージングデバイス及び生体組織用イメージング方法
出願番号 ：特願2014-177246
A. J. Moy, et al.,, Microvascular Research
82 (3), 199-209 (2011).
G. M. Palmer, et al., Journal of biomedical optics
15 (6), 066021-066027 (2010).
窓口：産官学連携推進本部
E-mail：[email protected]
TEL：0743-72-5930
出願人
：国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
発明者
：竹原 宏明、太田 安美、太田 淳、徳田 崇、笹川 清隆、野田 俊彦