私は自分の仕事について他の人に話すときはいつも、「チューブを通してヒョウを一目見れば、その一部が明らかになる」と言います。（パート2）

制作：中国科学普及協会

著者: 薛 ヤディ、蘭 悦 (中国科学院蘇州生物医学工学技術研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：科学技術の仕事の謎を解明するために、中国の最先端技術プロジェクトは「私と私の研究」と題する一連の記事を立ち上げ、科学者に独自の記事を書いて科学研究の経験を共有し、科学の世界を創造するよう呼びかけました。科学技術の最前線に立つ探検家たちと一緒に、情熱、挑戦、驚きに満ちた旅に出ましょう。

低侵襲手術の世界では、医療用内視鏡が間違いなく主役です。小型ボディで複雑な人体構造を簡単に通り抜けることができ、医師に前例のない視野を提供します。これにより、手術の精度が向上するだけでなく、患者の痛みも大幅に軽減されます。

内視鏡が発明される前、医師はどのようにして内臓を検査していたのか疑問に思ったことはありませんか?狭く光が少ない体内で、内視鏡はどのようにして医師がターゲットをはっきりと確認し、手術を正確に導くのに役立つのでしょうか?

この目的のために、私たちは医療用内視鏡に関するシリーズを特別に企画しました。このシリーズは 2 つの記事に分かれており、医療用内視鏡の過去と現在を理解し、その背後にある科学的原理と驚くべき成果を探ることができます。これはシリーズの次の記事です。

私たちのチームは長年にわたり、生物組織の高解像度リアルタイム生体内蛍光イメージングの分野に取り組んできました。実施された作業には、レーザー共焦点マイクロ内視鏡画像、蛍光腹腔鏡画像、レーザースペックル血流画像、計算位相差内視鏡画像、構造化光照明超解像顕微鏡（SIM）画像などの医療用光学内視鏡画像が含まれます。共焦点蛍光顕微鏡画像装置は、医療機器登録が承認されています。

狭帯域画像診断：医師がより鮮明に観察できるように

狭帯域画像診断（NBI）は、医師が「より鮮明に見る」ことを可能にする内視鏡技術です。

従来の内視鏡は照明に白色光を使用しており、臓器の表面を見ることができますが、初期段階の小さな病変は見落とされやすいことがよくあります。狭帯域イメージングでは、特定の波長の青色光と緑色光を使用して血管や粘膜表面を特に照らし、小さな病変を「可視化」するため、早期癌の検査に特に適しています。

簡単に言えば、NBI は医師の「視覚」にフィルターを追加して患部の詳細を強調表示し、「拡大鏡」で隠れた手がかりをはっきりと見えるようにするようなものです。

この技術は消化管や呼吸器の検査に特に適しており、医師は異常を早期に発見し、より正確な診断を行うことができます。狭帯域イメージングは​​内視鏡の観察能力に「遠近感」効果を加え、検出精度と早期診断の成功率を大幅に向上させます。

NBIによる病変の程度が異なる微小管

（画像出典：参考1）

蛍光内視鏡検査：隠れた病変を明らかにする

蛍光内視鏡は蛍光物質を注入して、特定の光の下で患部を「光らせる」ことで、医師に正確なナビゲーションを提供します。

映画の暗視ゴーグルの効果と同様に、蛍光内視鏡を使用すると、医師は通常の光学では表示できない病変を見ることができます。特に癌手術においては、蛍光誘導手術が腫瘍除去の「指標」となります。

蛍光内視鏡は、手術ナビゲーションや病変の正確な位置決めによく使用されます。蛍光染料を注入または塗布して、特定の組織、特に腫瘍や病変部分を特定の光の下で蛍光を発させ、手術中にそれらをより目立たせます。このようにして、医師は手術中に病変組織を正確に特定して除去し、健康な組織を誤って傷つけることを避けることができます。

腫瘍の蛍光イメージング

（画像出典：参考資料2）

蛍光内視鏡は医師にとって「高精度の地図」のようなもので、複雑な手術環境において明確なナビゲーションを提供し、医師が手術の徹底性と安全性を確保し、再発のリスクを軽減するのに役立ちます。この技術は主に癌手術におけるリアルタイム誘導に使用され、腫瘍除去の指標となっています。

超音波内視鏡検査：聞いて説明する

超音波内視鏡検査（EUS）は、内視鏡検査と超音波検査の技術の完璧な組み合わせと言えます。それは単なる「目」ではなく、「耳」のように体の奥深くの構造を聞き、検出することもできます。

従来の内視鏡では臓器の表面しか見ることができませんが、超音波内視鏡は医師の手にある「レーダー」のようなものです。高周波の音波を発し、組織の表面を貫通して、より深いレベルの画像を撮影します。音波が密度の異なる組織に当たると、異なる信号が反射され、詳細な画像が形成され、医師は表面を観察できるだけでなく、隣接する臓器や腫瘍を「透視」することもできます。

超音波内視鏡検査は、胃、膵臓、十二指腸などの病変など、消化管疾患の診断に最もよく使用されます。手術中、超音波プローブを使用して消化管の壁や周囲の臓器を「検出」します。これは、医師が深部の病変を特定できるように「バリア」を貫通する画像機器のようなものです。

超音波内視鏡は消化管疾患の正確な診断に役立ちます

（写真提供：新華網）

さらに興味深いのは、EUS を細針吸引生検と組み合わせて使用​​することで、深部組織サンプルを直接採取し、さらに病理学的分析を行うことができることです。この技術の魔法は、体内の変化を「見る」だけでなく「聞く」こともできる点です。これにより、従来の内視鏡の画像深度が拡大され、医師は深部組織の病変を観察できるようになります。

超音波内視鏡検査は現代医学における「潜望鏡」のようなもので、医師が体の隠れた隅々までより深く検査し、病変が見逃されないよう確認することができます。

共焦点レーザー内視鏡検査：細胞の謎を解き明かす「顕微鏡探検家」

共焦点レーザー内視鏡検査 (CLE) は、共焦点顕微鏡検査と内視鏡検査を組み合わせて、顕微鏡レベルでリアルタイムの組織画像を提供する画期的な内視鏡技術です。

この技術により、医師は臓器の表面の詳細を観察できるだけでなく、組織の細胞形態を観察して病気の診断に役立てることもできます。それは、医師が顕微鏡を持ち歩いて患者の体を「検査」し、組織や細胞の変化を直接観察し、細胞レベルでのリアルタイムの生体内画像化を実現できるようなものです。

共焦点レーザー内視鏡検査の核心は、「共焦点」と「イメージングプローブ」の2つの部分にあります。基本的な考え方は、小さな穴を使用して非焦点面と非焦点点からの散乱光を除去し、焦点からの光信号のみが保持され、高解像度の画像が形成されるというものです[3]。

CLE のレーザーは内視鏡の光ファイバを通じて人体の中に導入されます。光源から発せられた光は共役点の組織を正確に照らし、励起された蛍光はピンホールに正確に焦点を合わせて点像を形成します。このピンホールは、CLE の細胞レベルの観察能力の鍵となります。照明点光源と共役なので、焦点外の迷光は除去されます。

CLE では蛍光剤の補助も必要になることがよくあります。医師は手術前にフルオレセインナトリウムなどの蛍光剤を注射します。これらの蛍光剤は、組織内の特定の細胞構造と結合して、検査対象の組織の血管構造、細胞内空間などを示すことができます。

左：通常の内視鏡検査による腸上皮化生

中央：共焦点内視鏡による腸上皮化生

右：組織学的検査による腸上皮化生

（画像出典：参考文献4）

従来の診断では、医師は通常、病理学的分析のために生検を通じて小さな組織片を採取する必要があります。生検のプロセスは外傷を伴うだけでなく、時間がかかる可能性があり、サンプルの採取結果も不正確になる可能性があります。

しかし、CLE は、内腔表面のリアルタイム画像化を実行し、組織を除去することなく細胞レベルの検出を実行できる非侵襲的な「光生検」方法であるため、組織病変の早期診断と治療が可能になります。これにより、検査中に患者が受ける外傷が軽減され、診断結果をより早く得ることができるため、診断と治療にかかる時間と不確実性が軽減されます。

現在、腸や胃の画像診断など、CLE の臨床応用は比較的成熟しています。今後、臨床応用領域が拡大するにつれ、より大きな役割を果たすことになるでしょう。

カプセル内視鏡：偵察衛星を飲み込む

カプセルを飲み込むだけで、消化管に入り込んで独自の探索の旅を始めるミニ「偵察衛星」のようなものだと想像してください。これがカプセル内視鏡の魔法です。

これまで、医師は長い内視鏡チューブを通して体内に「無理やり入り込む」しかできず、その処置は不快なだけでなく、重大な病変を見逃す傾向もあった。今日では、カプセル内視鏡によってこの経験は完全に解放されました。忠実な探検家のように人間の消化管内を自由に移動して、移動しながら写真を撮影し、内蔵の無線送信機を通じて患者の体外に装着された受信機に高解像度の画像を送信します。

左：カプセル内視鏡による消化管の画像 右：カプセル内視鏡の実際の大きさ

(画像出典: Wikipedia)

この受信機はデータ収集ステーションのような役割を果たし、消化管の探査プロセス全体を記録し、医師が後で画像を詳細に分析して消化管の隅々まで確認できるようにします。さらに驚くべきことは、カプセル内視鏡は、従来の内視鏡では届きにくい領域、特に複雑で曲がりくねった小腸を検査できるということです[5]。

医師にとって、カプセル内視鏡検査は、シームレスにスキャンできる「目」のようなもので、クローン病や胃腸出血などの初期病変の検出にも役立ちます。患者にとって、これは革命的な進歩です。挿管の痛みに耐える必要がなくなりました。カプセルを飲み込むだけで、検査のプロセスは通常通り簡単です。

今後、内視鏡はどのような方向に進化していくのでしょうか？

将来の内視鏡カメラシステムは、高解像度、インテリジェンス、低侵襲性の方向に発展するだけでなく、マイクロキャビティイメージング技術のブレークスルーにも重点を置くことになります。光学、マイクロエレクトロニクス、画像技術の進歩により、内視鏡カメラは超高解像度、さらには 8K のリアルタイム画像を提供できるようになり、複雑な外科手術のシナリオにおいて医師が病変部をより正確に観察できるようになります。同時に、3D立体画像が標準構成となり、特に腹腔鏡検査などの低侵襲手術において医師の空間認識力が大幅に向上し、手術の精度と安全性が向上します。

小さな自然空洞の画像化: 小さな空洞の画像化は、内視鏡技術の開発における重要な方向性です。これにより、医師は胆管、膵管、尿路、血管など、従来の内視鏡では到達が困難だった細い管に入ることができるようになります。これまで、これらの領域の検査と治療は侵襲的な手術や放射線画像診断に頼ることが多かったのですが、マイクロキャビティ内視鏡装置の高度化と小型化により、医師は極めて小さなチャネルを通じてこれらの空洞内の病気を直接観察し、治療できるようになりました。例えば、胆管がんや膵臓がんの早期発見は、マイクロキャビティイメージングによって直接行うことができるようになり、診断の精度と早期治療の可能性が大幅に向上しました。

AI技術：人工知能（AI）も将来の内視鏡技術の原動力となる[6]。 AI は内視鏡画像をリアルタイムで分析し、病変組織を自動的に識別し、診断の推奨を提供できます。 AIの支援により、医師はより迅速に診断を行い、人的ミスを減らすことができます。 AI技術は、大腸ポリープの自動検出など、特定の分野で大きな可能性を示しています。将来的には、より多くの病気のスクリーニングや小さな空洞の精密分析へと応用が拡大されるでしょう。

3D イメージング技術: さらに、マイクロキャビティ イメージング技術を高解像度および 3D イメージングと組み合わせることで、医師は極めて狭いチャネル内の繊細な画像を確認できるだけでなく、3 次元の視点から病変の位置と範囲を正確に判断できるようになります。この技術的な進歩は、低侵襲手術に大きな可能性をもたらします。医師は手術中にリアルタイムで監視および操作できるため、周囲の健康な組織へのダメージが軽減され、手術のリスクが大幅に軽減されます。

医療機器の進歩は現代医学の診断と治療に大きな意義を持っています。より高解像度でインテリジェントな内視鏡は、早期病変の検出能力を向上させるだけでなく、低侵襲手術の開発を促進し、患者の痛みと術後の回復時間を軽減します。

将来、これらの技術がさらに発展するにつれ、内視鏡は医師の手にある「スーパーツール」であり続け、これまでにない正確さと効率で複雑な診断と治療のタスクを完了するのに役立ちます。

参考文献:

[1] Zhu Yanan、Wang Jun、Wang Juan 他拡大内視鏡狭帯域イメージング技術による早期胃癌および上皮内腫瘍の所見[J]。中国内視鏡学会誌、2024年、30(07):56-62。

[2] Liu Sheng、Yin Xinmin、Liu Yi、他。肝腫瘍の治療におけるICG蛍光誘導腹腔鏡下解剖学的右肝切除術の安全性と実現可能性の研究[J]。中国実用外科ジャーナル、2019年、39(09):944-948。

[3] 徐宝騰ファイバーバンドルに基づく共焦点マイクロ内視鏡画像取得および処理の主要技術の研究[D]。中国科学技術大学、2023年。

[4] Yu Xiaoyun、Chen Jie、Zheng Liduan、他。慢性萎縮性胃炎および腸上皮化生に対するレーザー共焦点内視鏡の診断価値[J]。臨床消化器疾患ジャーナル、2013年、25(05):280-282。

[5] 廖伝、李昭神。カプセル内視鏡の20年間の発展と展望[J]。中国実用内科ジャーナル、2022年、42(01):1-7。

[6] Sun Jiawei、Chen Zhaoqing、Zhao Bin、他。光ファイバーイメージングにおけるディープラーニングの応用の進歩（招待）[J]。レーザー＆オプトエレクトロニクスの進歩、2024、61（16）：70-85。