OCT（光干渉断層撮影）の種類と選び方 | 導入のポイントや医療研究での活用について解説

OCTとは

OCTは、光の干渉現象を利用して、測定対象物の内部構造を非破壊・非接触で画像化する技術です。超音波診断に似ていますが、音波の代わりに近赤外光を使用する点が特徴です。特に、生体組織の微細な構造をミクロンレベルで詳細に観察することができます。

OCTの基本原理

OCT（光干渉断層撮影）は、低コヒーレンス光を用いたマイケルソン干渉計の原理に基づき、対象物内部の断面像を生成する技術です。低コヒーレンス光とは、時間的・空間的な干渉性が低く、波長幅が広いため干渉が生じる距離が非常に短い光を指します。

OCTでは、この低コヒーレンス光を測定対象に照射し、対象からの反射光と装置内の参照光を合波させます。そして両者の光が干渉することで得られる信号を検出・解析し、深さ方向の屈折率の変化を基に内部構造を再構築します。

組織内での透過性を高めるために0.8〜1.4μmの広帯域赤外光を使用し、生体組織内の屈折率境界で生じる反射を高精度に捉える干渉イメージング技術として活用されています。

OCTの主な特徴

OCTは、その独自の原理から、以下の特徴とメリットがあります。

一方で、OCTにはいくつかの制約も存在します。光の透過性が低い組織や血液のような強い散乱を持つ媒体では、画像の深部まで詳細に観察することが難しい場合があります。また、測定深度が数ミリメートル程度と比較的浅いという制限があります。

他のイメージング技術との比較

ライフサイエンス分野におけるOCTの多様な活用

OCTは、その非侵襲性と高解像度という特徴から、ライフサイエンス分野の様々な研究・診断・開発・評価のステージで活用されています。

臨床研究での活用

OCTは、生体組織の微細構造を非侵襲かつ高解像度で取得できる特性を活かし、眼科・皮膚科・循環器・歯科・消化器など幅広い領域において、病態解析や治療効果の経時的評価を目的とした臨床研究に広く活用されています。

基礎研究と開発

臨床応用だけでなく、基礎的な生命現象の解明や新規治療法の開発においてもOCTは重要な役割を担っています。

その他注目される活用分野

医療・バイオ分野以外でも、OCTは幅広い分野でその特性を活かしています。

OCTは眼科で診断の標準的なツールとして広く普及していますが、その活用の範囲は皮膚科、循環器、歯科、脳科学、発生生物学、さらには化粧品開発や工業分野へと大きく広がっています。これは、OCTが特定の臓器に特化した診断装置に留まらず、その汎用性の高い高解像度・非侵襲イメージング能力が、多様な研究ニーズに応える強力なツールとして認識されつつあることを示しています。

OCTの非侵襲性・非破壊性は、生体内（in vivo）での研究において極めて重要な特長です。同一の生体サンプルや動物モデルに対して繰り返し測定が行えるため、疾患の進行や治療反応、発生過程を長期的に追跡することが可能になります。これにより、動的な生体プロセスの解明や、生理学的関連性の高いデータの収集が実現します。

OCTの種類

OCTシステムは、その測定方式によって分類されます。それぞれの方式には異なる特性と適した用途があり、研究目的によって適切な選択が求められます。数値は一般的な目安であり、装置やモデルによって変動します。

SS-OCT（Swept Source OCT）

SD-OCT（Spectral Domain OCT）

SD-OCTは、スペクトル領域で干渉信号を検出する方式です。高解像度な画像取得に適しており、生体組織の観察や工業材料評価など幅広い用途で利用されます。光学系がシンプルで小型化しやすい設計のため、原理的に可動部が少なく、小型化・コンパクト設計に適したOCT方式で、既存の顕微鏡へのアドオン（追加）も検討できます。

生体組織のモニタリング（皮膚、歯、小動物の網膜・角膜）、樹脂中の異物・ボイド観察、樹脂融着状態の解析、金属表面の傷探索・深さ計測など、多様な研究・評価に活用されます。

FF-OCT（Full-Field OCT）

FF-OCTは、全視野（フルフィールド）で画像を一度に取得する方式です。顕微鏡に匹敵する超高分解能が最大の強みで、断片化や染色などの前処理が不要で断層画像を撮像できます。高速性（30断層画像/秒）により、動く物体の測定や生体組織のリアルタイム観察に適しています。

細胞レベルでの微細構造観察、眼の組織（角膜疾患など）の精密なイメージング、発生生物学研究など、最高レベルの解像度が求められる分野で活用が期待されます。

LC-OCT（Line-field Confocal OCT）

LC-OCT（Line-field Confocal OCT）は、ラインフィールド共焦点方式を組み合わせたOCTです。皮膚用に開発された生体内（in-vivo）タイプの高分解能システムです。高解像度のイメージングによって、皮膚の内部構造（真皮の深さまで）を非破壊でスピーディーに観測できます。

皮膚科の研究、貼付剤開発、化粧品開発など、皮膚の微細構造解析が必須となる分野で活用されます。

各OCT方式にはそれぞれ特徴があり、SS-OCTは「超高速・高深達度」に優れる一方で、FF-OCTやLC-OCTは「超高分解能」に特化しています。SD-OCTは「高解像度」と「高速撮影」のバランス型といえます。ただし、これらの性能はモデルや設計によってバランスが異なる点に注意が必要です。

このことは、OCTシステムにおいてスキャン速度、測定深度、そして分解能（軸方向・横方向）の間に多くの場合相互作用が存在することを示しています。つまり、すべての性能を同時に最大化するのは難しく、研究者は自身の研究で最も重視する要素を明確にする必要があります。

研究目的に合わせたOCT選びのポイント

最適なOCTシステムを選ぶためには、多角的な視点から検討することが重要です。ここでは、医療研究向けOCTを選定する際に考慮すべき主要なポイントを詳しく解説します。

測定対象と研究目的の明確化

OCTシステムを選定する上で最も重要なのは、何を、どのように観察・測定したいのかを明確にすることです。

分解能（軸方向・横方向）の検討

OCTの解像度は、軸方向（深さ方向）と横方向（XY平面方向）の2つの要素で評価されます。

スキャン速度と測定深度のバランス

スキャン速度と測定深度は、特に生体内研究において、取得できるデータの質と量に大きく影響します。

OCTを選定する際、分解能・スキャン速度・測定深度といった性能指標は独立したものではなく、相互に影響し合う関係があります。たとえば、高い横方向分解能を追求すると焦点深度が短くなり、高速なスキャンレートは感度の低下を招く可能性があります。また、高分解能と深部イメージングの両立は容易ではありません。

これらの関係は装置の設計や用途によって影響の度合いが異なるため、研究者は「すべてにおいて最高の性能」を求めるのではなく、自身の研究において「最も優先すべき要素」を明確にし、その優先順位に基づいて最適なバランスを備えたシステムを選ぶことが重要です。

光源の波長帯域とプローブの選択

OCTの性能は、使用する光源の波長帯域とプローブの特性に大きく依存します。

ソフトウェアとデータ解析機能

OCTシステムは、画像取得だけでなく、取得したデータをどのように解析・活用できるかが研究の効率と成果に直結します。

OCT画像データは、深層学習やAIプログラムの開発に活用されており、特に眼科や皮膚科を中心に、診断支援や予測モデル構築に向けた研究が進んでいます。

これは、OCTが単なるイメージング装置にとどまらず、将来的に医療研究における重要なデータソースとしての役割を担うことを示しています。

システム構成と拡張性

研究環境や将来のニーズに合わせて、システムの構成や拡張性も考慮しましょう。

導入コストと運用コスト

OCTシステムは高価な投資となるため、導入コストと長期的な運用コストの両面から検討が必要です。

株式会社システムズエンジニアリングのOCTシステムのご紹介

システムズエンジニアリングは、眼科で発展したOCT技術を他の医療分野へ広げ、さらに工業製品の評価や検査にも活用できる新たな技術を導入・開発してきました。まさにOCTの進化とともに歩んでいます。

新しい技術を誰もが使いやすく提供することが私たちの使命です。目視できない内部構造を、光を使って分解も切断もせず可視化し、より詳細な情報をご提供します。

常に世界の新しい技術に目を向け、皆様の研究、開発、生産・品質管理がより良いものとなりますよう、システムズエンジニアリングは進み続けます。

システムズエンジニアリングのOCTシステムについて詳しく見る

まとめ

本記事では、OCTの種類と選び方について、以下のポイントを中心に解説しました。

1. OCTは、低コヒーレンス光を用いて対象物の内部を非侵襲的かつ高解像度で観察できるイメージング技術です。
2. 超音波画像診断やMRIと比較して、より高い解像度で非接触・リアルタイムの観察が可能であり、3次元イメージングにも優れています。
3. 眼科や皮膚科などの臨床分野だけでなく、脳科学や発生生物学といった基礎研究、さらには化粧品や工業分野など多岐にわたる応用が期待されています。
4. OCTには複数の測定方式があり、研究目的に合わせて分解能、スキャン速度、測定深度、光源の波長などを考慮して選択することが重要です。

目に見えない微細構造の把握は、医療研究の精度と信頼性を高める基盤となります。本記事が、研究目的に最適なOCTの種類や装置を選定する際の指針となれば幸いです。