ハイパースペクトルイメージングの生物医学研究および診断アプリケーションへの応用 ULTRISシリーズ Cubert | 分光イメージ・ＵＶセンサ

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Cubert ハイパースペクトルイメージングの生物医学研究および診断アプリケーションへの応用

リアルタイムハイパースペクトルカメラ

シリーズ名
ULTRISシリーズ

ハイパースペクトルイメージングの生物医学研究および診断アプリケーションへの応用

生物医学における動的な診断

生物学的プロセスをリアルタイムで精密に分析することは、現代生体医学の中核的な目標の一つです。機能的・分子的情報は、医療診断とパーソナライズされた治療に重要となってきています。主に造影剤を使用した構造情報を提供する従来型の画像診断法では限界があり、病理学的プロセスの動的な解釈を行うことができません。

ハイパースペクトルイメージングは、単一の画像データではなく、画像内の各ピクセルのスペクトル情報が取得でき、検査対象となる組織の分子情報を可視化に活用できる可能性があります。取得したスペクトル情報から、明確な形態学的変化が生じる前に疾患を特定できるようになるかもしれません。特に早期診断、術中の意思決定支援、新薬や治療法の開発において研究と臨床応用の双方に付加価値が生まれます。

生物医学分野で活用するための機器要件

研究および臨床実践における応用分野

神経変性疾患の研究において、ハイパースペクトルイメージングは病理学的変化を早い段階で検出できる可能性があります。酸素供給、タンパク質発現、組織組成におけるスペクトルの偏差は、従来の手法が明確な差を示すより前に識別することができます。これにより疾患メカニズムの理解が促進され、早期に治療へ介入できる可能性が高まります。

代表的な神経変性疾患としてアルツハイマー病がありますが、発症前には網膜の薄化が生じることが分かってきており、光学的手法で検査することができます。波長に応じた網膜による光の反射・透過強度を測定し、取得されたデータキューブから得られる情報をAIで解析する技術をCubert社とRetiSpec社が開発しています。この新しい眼底鏡検査により、アルツハイマー病を非侵襲的・低コストで検出できるようになります。

出典：Retispec

ハイパースペクトル技術は外科腫瘍学分野でも活用が拡大してきています。手術中に組織の分子組成に関する情報をリアルタイムに提供できるため、腫瘍境界を正確に同定することができ、正常組織を傷付けずに手術を行うことができるようになります。これは脳・腹腔・泌尿生殖器などの領域の手術においても応用できる可能性があります。組織への十分な血流は治癒に不可欠であり、組織の酸素飽和度（SpO₂）の分析・可視化においてもハイパースペクトルメージングの活用に向け研究が進められています。ULTRIS-X20 と ULTRIS-S5 の測定波長の異なる２機種が、切除・吻合直前の外露腸管における酸素化レベルの可視化研究に利用されています。

皮膚がんの可能性のある皮膚病変の評価への応用も期待されています。Cubert社のハイパースペクトルカメラは、ワンショットで全ピクセルの波長情報を持ったハイパースペクトルキューブが取得できるため、リアルタイムで皮膚病変の撮影が可能です。さらに、近赤外線に感度のあるカメラを採用することで、より深い組織層からの反射が検出でき、診断能力が向上します。Cubert社は、ULTRIS-SR5 をベースに校正済みの光源を組み合わせた特注のハイパースペクトル皮膚鏡の開発にも携わっています。

創薬分野では、スペクトル解析により様々な物質に対する細胞の応答を評価することが可能となります。細胞代謝、細胞膜の機能性、分化状態などの変化をスペクトルにより判定でき、高速大量処理、作用機序解明の精密化、毒性リスクの早期識別への活用が促進されます。

再生医療の分野では、治癒過程のモニタリングや幹細胞の同定に向け新たな診断手法としての活用が期待されています。従来は複雑な組織検査や免疫学的な試験でしか把握できなかったプロセスを、リアルタイムのスペクトル情報による可視化で代替できるよう研究が進められています。

生体医療プラットフォームへの統合

Cubert社のスナップショットハイパースペクトルカメラは、既に数多くの橋渡し研究プロジェクトや臨床試験で活用されています。ドイツの大学病院、フラウンホーファー研究所、ヘルムホルツセンター、ならびに製薬業界で採用されています。システムはCE認証を取得しており、ITARの規制対象外であるため、移設や国外搬送も制約が少ないです。また、オープンインターフェースとなっているため、ワークフローへスムーズに統合が可能です。

既存システムへの統合もモジュール式に行えるため柔軟に対応できます。顕微鏡検査では、ナノスケールでの細胞構造や生物試料の分光分析を行うデバイスとして簡単に搭載できますし、低侵襲手術では、内視鏡に組み込み処置中に病変部を直接検出する用途が増えてきています。細胞培養においては、生体環境の継続的かつ非侵襲的分析を可能とし、サンプリングなしで変化を監視できるため自然な成長を妨げません。手術室では、既存の照明装置やロボットプラットフォームに適合させることができ、リアルタイムの手術ガイダンスを提供します。小型で高い動作安定性、リアルタイム処理という特徴から、生物医学研究、診断、治療開発において汎用性の高いツールとなっています。

さらに、Cubert社ハイパースペクトルシステムの利点の一つは完全なデータ主権です。データ取得、処理、分析プロセスは全て運用者によって行われ、クラウド接続や第三者プロバイダーへの依存、ライセンスモデルによる制約もありません。これにより研究機関は、スペクトルライブラリの構築、AIモデルのトレーニング、インフラ開発を独自に進めることが可能です。これは技術的主権を確立するだけでなく、機密性の高い医療・科学データに対する安定性も確保します。

技術と研究の発展

ハイパースペクトルイメージングは、科学研究機関における新たな分析手法の開発に寄与します。AIを活用したスペクトルデータキューブの分析が進めば、細胞タイプ、細胞組織の状態、病理学的変化と疾患ステージ、治療反応を自動的に分類・判定できるようになります。モデルをトレーニングすることで、複雑な生物学的ノイズの中でも特徴を捉えられるように強化していくことも可能です。

ハイパースペクトルデータをMRI（磁気共鳴画像法）やPET（陽電子放出断層撮影）、超音波などの他のモダリティと組み合わせることで、病理学的プロセスや表現型をより包括的に捉えるマルチモーダルシステムが構築できます。さらに、疾患の早期指標や治療標的を判別できるスペクトルシグネチャを活用した新規分子マーカーの検証は、バイオマーカーの研究に新たな道を開きます。

エッジコンピューティング技術の進歩によりセンサープラットフォーム上での直接的な前処理・分析が可能となります。これによりハイパースペクトル診断は実験室外やポイントオブケア（POC）向け移動型遠隔医療シナリオでも活用できるようになり、医療サービスが行き届かない地域や時間的制約のある緊急事態における医療提供の重要な要素となります。

動的な対象物のスペクトルデータキューブがリアルタイムで取得でき、顕微鏡や内視鏡など既存システムとの統合の容易で、オープンインターフェースにより外部機器との連携も自由に行えるCubert社のスナップショットハイパースペクトルカメラは生物医学における研究に新しい可能性をもたらします。

リアルタイムハイパースペクトルカメラ シリーズ名ULTRISシリーズ