光干渉断層撮影（OCT）は、眼科をはじめとする医療分野で広く使用されている革新的な臨床技術です。この技術は、光散乱媒質内の生物組織の2次元および3次元の断面画像をミクロンスケールで提供します。
この技術は、眼科から消化器科まで、様々な医療分野において組織の微細構造を画像化するために広く利用されています。OCTは、主に2種類の光源、つまりa) フェムト秒レーザーまたはb) スーパールミネッセントダイオード（SLD）を用いて画像化を行います。
しかし、フェムト秒レーザーは価格が高く、操作が難しいため、医療用途への普及は進んでいません。しかし同時に、臨床分野における光干渉断層撮影（OCT）用スーパールミネッセントダイオード（SSLD）の普及への道を切り開きました。
まず、スーパールミネッセントダイオードとは何か、OCT とは何かを簡単に理解しましょう。
スーパールミネッセントダイオードとは何ですか?
Wikipediaでは、スーパールミネッセントダイオード（SLD）は「スーパールミネッセント（超発光）を応用した端面発光型半導体光源」と定義されています。簡単に言えば、SLDは低コヒーレンスで高輝度の光を発する半導体デバイスです。これらのダイオードは非常に効率が高く、光ファイバージャイロスコープ（FOG）や光干渉断層撮影（OCT）など、様々な臨床用途に最適です。
OCT用スーパールミネッセントダイオード（SLD）は、コンパクトで堅牢、そして操作が簡単です。さらに、フェムト秒固体レーザーに比べて非常に経済的であるため、医用画像診断において利用しやすい選択肢となっています。SLD技術分野における最近の研究開発は、UHR-OCT（超高解像度光干渉断層撮影）イメージングの臨床応用をさらに向上させ、診断精度の限界を押し広げるでしょう。
光干渉断層撮影（OCT）とは何ですか？
前述の通り、光干渉断層撮影法（OCT）は、光波を用いて生体組織の詳細かつ高解像度の画像を取得する非侵襲的な画像化技術です。OCTは、低コヒーレンス干渉法の原理に基づいており、光が内部構造で散乱することで断面画像を作成します。
OCTは主に眼科などの医療分野で使用され、網膜、視神経、その他の眼の部位に影響を及ぼす疾患の診断とモニタリングに非常に効果的です。組織の詳細な3D画像を提供することで、緑内障、黄斑変性、糖尿病網膜症などの疾患を早期に発見することが可能になります。
OCTは眼科に加え、心臓病学、皮膚科、腫瘍学の分野でも応用されており、皮膚下や臓器表面の組織を画像化することで、侵襲的な処置を必要とせずに異常に関する貴重な知見を提供します。高解像度の画像をリアルタイムで生成できるため、医療診断や研究に不可欠なツールとなっています。
光干渉断層撮影用スーパールミネッセントダイオードの動作原理
光干渉断層撮影（OCT）用のスーパールミネッセントダイオード（SLD）は、レーザーダイオードの原理と非常によく似た原理で動作します。ダイオードはpn接合に順方向電流を流すことで活性化し、幅広い波長範囲にわたって増幅された発光を生成します。この低コヒーレンス光は、生物組織において高解像度で深度分解能の高い画像を作成するために不可欠です。OCTにおけるSLDの仕組みを以下に説明します。
- 低コヒーレンス光源：
SLDは低コヒーレンス、つまりコヒーレンス長が短い光を発します。この低コヒーレンスはOCTにとって重要な要素であり、組織内の異なる深さの構造を画像化する際に、正確な軸方向分解能を実現します。低コヒーレンスは不要な反射による干渉効果を低減し、画像の鮮明度を向上させます。 - 広いスペクトル帯域幅：
SLDは、典型的には近赤外線領域における広いスペクトル帯域幅の光を生成します。帯域幅が広いほど、OCTイメージングにおける軸方向分解能が高くなります。これは、画像化対象の組織の微細なディテールを識別するのに役立ちます。 - 干渉法の原理：
OCTでは、SLDからの低コヒーレンス光が2つの経路に分割され、1つはサンプルに、もう1つは参照ミラーに向かいます。サンプルから反射または散乱された光は、干渉計内で参照アームからの光と合成されます。この合成によって生成される干渉パターンを用いて、サンプルの深さプロファイルを再構成し、断面イメージングを可能にします。 - 高輝度：
SLDは低コヒーレンス光源でありながら、高い輝度を有しています。そのため、画質を維持しながら組織の深部まで到達するのに十分なパワーを確保できます。この高輝度はOCTシステムの信号対雑音比を向上させ、より鮮明で正確な画像の生成に貢献します。 - コンパクトで信頼性が高い:
OCT で使用される SLD はコンパクトで信頼性が高く、システムへの統合が容易なため、特に精度と信頼性が重要となる眼科での医療診断に適しています。
スーパールミネッセントダイオードOCTの特性
光干渉断層撮影（OCT）用のスーパールミネッセントダイオード（SLD）の主な特性は次のとおりです。
- 低コヒーレンス:
OCT で高い軸方向解像度を実現するために不可欠であり、焦点外領域からの干渉を最小限に抑えて深度分解画像を可能にします。 - 広いスペクトル帯域幅:
広いスペクトル範囲により軸方向の解像度が向上し、生物組織の微細な構造の詳細を捉えます。 - 高輝度:
SLD は強力な光パワーを提供し、強力な画像信号を維持しながら深部組織への浸透を可能にします。 - 高い空間解像度:
低いコヒーレンスと広い帯域幅の組み合わせにより、軸方向と横方向の両方の詳細な画像化に高い空間解像度が提供されます。 - 安定性と信頼性:
モードホッピングを最小限に抑えた安定した光出力により、OCT システムで信頼性が高く一貫したパフォーマンスが保証されます。 - コンパクトで耐久性に優れています:
小型で堅牢、かつポータブルな SLD は、コンパクトな OCT デバイスに簡単に統合でき、長い動作寿命を実現します。 - コスト効率が高い:
SLD は他の光源よりも経済的であるため、OCT システムにとって手頃な選択肢となります。 - 高速スキャン機能:
リアルタイム画像のための高速スキャンが可能で、臨床診断や外科手術のアプリケーションに最適です。
スーパールミネッセントダイオードOCTの応用
高出力、広い帯域幅、そして低いスペクトルリップルという特長を持つスーパールミネッセントダイオード（SLD）は、様々な臨床用途に最適な選択肢です。光干渉断層撮影（OCT）におけるSLDの用途は、組織内部構造の高解像度画像化を可能にすることから広く知られています。しかし、OCT以外にも、SLDは光センシングなどの先進技術にも利用されており、高精度な検出能力を発揮します。さらに、SLDは、ナビゲーションシステムに不可欠な光ファイバージャイロスコープや、正確な距離測定や表面形状測定を可能にする白色光干渉計においても重要な役割を果たしています。
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