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企業の技術・ノウハウ

卓上型放射光発生装置"みらくる"によるデジタルX線マンモグラフィ

資料

卓上型放射光発生装置"みらくる"によるデジタルX線マンモグラフィ

組織名 株式会社光子発生技術研究所
技術分野 医工連携/ライフサイエンス
概要 立命館大学発の研究開発型ベンチャー企業です。X線管と放射光のメリットを兼備した卓上型放射光発生装置("みらくる")により、デジタルX線マンモグラフィ装置を試作しました。「乳がんの原因となる腫瘍を、10μm程度の高解像度で、強調させて見つけやすくすること」ができます。このたび、低エネルギー(1MeV)装置の開発に成功したため、通常の診断用X線検査機と同様に病院設置が可能です。本技術の実用化を希望する企業を歓迎します。
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【簡略図】
みらくるを用いたデジタルX線マンモグラフィ.jpg【背景】
 日本では、女性の25人に1人が乳がん罹患者であり、乳がんで亡くなる女性は年間1万人以上、毎年増加しています。女性の壮年層(30~64歳)のがん死亡原因の第一位となっています。医療現場では、乳がんに繋がる腫瘍を早期に発見するため、X線マンモグラフィ(乳がんの検査装置)が活用されています。ただし、腫瘍は非常に小さいため、非常に高い解像度で画像を取得する必要があり、また、見つけやすくするための工夫(=鮮明にする)が必要です。X線の線量を高めれば検出しやすくなりますが、人体への悪影響があります。
高い解像度かつ鮮明なX線検査画像を、低線量で撮影できれば、人体に負担が少なく、乳ガンの原因となる腫瘍を確実に検出することができるため、医療現場から大きなニーズが寄せられています。

【技術内容】

"みらくる"は、X線管のメリットである硬X線と、放射光のメリットであるX線の平行性と高解像度の両者を併せ持つ、新しいX線発生装置です。「1.高い解像度」、「2.腫瘍部の強調効果」が技術の特徴です。

(高い解像度)
 1)医療診断に用いる通常のX線管は、硬X線を発生するので、人体の撮像が可能ですが、
   焦点が大きいために解像度が低いです。
   一方、マイクロフォーカスは微小焦点であるがX線エネルギーが低いため
   人体の透過撮影には不向きです。

 2)通常の放射光では、光が広がらないため人体に対して適用できません。
   わざわざX線を広げなくてはなりません。

 3)"みらくる"では、X線管と同様に光が広がり、かつ、X線エネルギーが高いために、 
   人体の撮像が可能であり、さらに焦点が小さく10ミクロンが達成されているため、
   非常に繊細な画像を取得することができます。光の分布も一様です。

 そのため、X線管に比べて、乳がんの腫瘍を、高い解像度で撮影することが可能です。

(腫瘍部の強調効果)
 腫瘍部を強調させる技術として、位相コントラスト技術が注目されています。位相コントラスト手法は、拡大イメージングを行うことにより、コントラストが上がるため、腫瘍部を更に強調することができます。
X線管では、拡大イメージングをすると画像がぼけるために、高い解像度と腫瘍部の強調を両立することは困難です。しかし、"みらくる"ではほとんどぼけません。

 そのため、X線管に比べて、乳がんの腫瘍を、より強調させることが可能です。

以上より、"みらくる"は、「高い解像度」と、「腫瘍部の強調」を、両立することが可能です。

【技術・ノウハウの強み(新規性、優位性、有用性)】
 現在製品化されているデジタルX線検査装置の解像度は、最大でも数十μm程度が主流です。また、画像のエッジ部を強調させて、腫瘍部(Caなど)を目立たせる位相コントラスト技術も、実用化しているのは一部のメーカーに留まっており、また、X線管では強調効果に限界があります。

 本技術では、以下2点を達成しており、世界最先端の乳がん検査性能と言えます。
  1.10μmの解像度の達成
  2.腫瘍部を強調させる技術の確立(位相コントラスト手法)
    -X線管による撮影法よりも、更に強調することができます。

【連携先のイメージ】
 本技術の実用化を希望する企業を歓迎します。例えば、以下の企業へご提案が可能です。
1)デジタルX線マンモグラフィを開発・販売している企業。
2)アナログX線マンモグラフィを開発・販売しているが、
  デジタルX線マンモグラフィの製品化を新たに手がけたい企業。
3)世界トップレベルの医療機器の製品化へ意欲的な企業。

技術的にはほぼ確立していますが、実用化には薬事法の認可・販路開拓が必要なため、その点を含めてご協力いただける企業を歓迎します。

【技術・ノウハウの活用シーン(イメージ)】
 医療現場における乳がん検査用マンモグラフィ装置として活用可能です。小型のため、病院内に設置することが可能です。

【技術・ノウハウの活用の流れ】
 試作機は既に出来ているため、お問合せいただければ、ご見学いただくことは可能です。技術の詳細なご説明もいたします。また、テストイメージを撮影してみたい、とのお話も歓迎します。

【専門用語の解説】
(マンモグラフィ)
 乳がんを検査するX線装置です。線量が高いと人体に悪影響があるため、適当な線量(1Mev程度)で、高解像度かつ鮮明に検出することが求められています。

(デジタルX線)
 従来、マンモグラフィはアナログ方式が主流として活用されていました。IT技術の進歩に伴い、X線での検出結果をデジタル情報として取り扱う、デジタルX線マンモグラフィの需要が高まっています。
アナログX線マンモグラフィと比較して、大きく下記3つの利点があります。

1)低照射線量
デジタルX線装置を使用した場合には、どんなレントゲンを1枚撮影した場合でも、従来のフィルムでX線撮影を行うより照射線量は70~90%は減少されることが示されています。

2)スピード
 デジタルX線では、測定後、数秒以内に画像を取り込んで表示することができます。科学的にX線フィルムの現像を行う場合と比較して迅速に画像を得ることができます。

3)画像処理
 デジタル画像では、検出画像に対して、コンピュータ上で画像処理が可能です。
下記の位相コントラストのように、画像のエッジ部をシャープにし、腫瘍を見つけやすくすることが可能です。

(位相コントラスト手法)
X線撮影における位相コントラスト技術とは、「密度の違いにより屈折率が異なることを利用したり、X線のフェーズに差が出ることを利用してコントラストを強調させることにより、画像をシャープにさせる技術」です。
平行性の高いX線を用い、被写体と2次元検出器との間を1m以上開けたときに起こる現象であり、放射光と同等の平行性を持つ(=X線管よりも平行性が高い)"みらくる"では、位相コントラスト手法を効果的に用いることができます。

(みらくる)
卓上型の放射光発生装置です。大きく3つの特徴があります。
1)高エネルギーのX線を発生可能(高精細、高速、高透過の計測)。
2)小型であり卓上設置可能。
3)大型の対象物に対して測定可能。
上記を達成するため、以下の原理で、電子の持つエネルギーを高め、X線エネルギーに変換し、放出しています。

1)電子銃から電子を発生します。
2)電子をマイクロトロンにより加速し、エネルギーを高めます。
  規定のエネルギーに達したのち、シンクロトロンに入射します。
3)シンクロトロンでは、電子を電子軌道上に設置したターゲットにぶつけながら、
  磁場によって円形軌道を何度も周回させます。従って電子を効率よくX線に転換します。
4)設置するターゲットが10ミクロンと微小なために、微小焦点のX線を発生します。
5)数MeVの高エネルギーX線を発生するため、エンジンなどの非破壊検査が可能です。


みらくる_構成図.JPG

※"みらくる"の構成図

みらくる_微小ターゲット.JPG※シンクロトロン内の運動。ターゲットにぶつけながら円形に周回し、X線を放出します。以上を、150cm×60cm×60cm(みらくるCV4の場合)の小型性を保ちながら実現しています。

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