竹村 裕
東京理科大學 創域理工學部
機械航空宇宙工學科 教授
2023年起擔任大學新產業創出基金事業可能性驗證（創業挑戰）研究代表
「創新日本走訪」 系列採訪那些以實際應用於社會一線為目標的研發現場。第23回採訪的是東京理科大學創域理工學部的竹村裕教授，他正致力於開發利用人眼不可見光線來發現生物體內隱藏的癌症或表面不可見裂紋的裝置。竹村教授為實現裝置實用化而於2024年創業，目前已收到多家企業的業務委託。
記錄數百種波長的強度
傳承透鏡加工優秀工匠的技藝
竹村裕教授的研究室位於東京理科大學野田校區（千葉縣野田市）。從最近的車站走過一條橫跨利根運河的橋即可抵達，中午在寬敞的校園中能看到學生們在餐車前排隊買飯的景象。在這個校區開展研究的竹村教授，從鋁合金箱中取出的裝置，乍一看猶如手術用的內窺鏡（圖1）。然而這台內窺鏡利用人眼看不見的光線，能展現出與我們日常所見截然不同的景象，其核心技術就是「高光譜成像（HSI）」。
圖1 竹村教授等人開發的NIR-HSI硬性內窺鏡（左）與NIR-HSI纖維鏡（右）。優點是可手持的尺寸大小，便於定製化與移動使用
人類只能識別波長約400〜700奈米的光，這個範圍的光被稱為可見光。一般的數字相機檢測可見光中的藍、綠、紅三種波長的強度，並記錄數據。而HSI技術可以測量相隔數奈米的波長強度，記錄數十至數百種波長的強度數據。這樣獲得的數據被稱為「光譜」，是將光、信號的波分解為不同成分，並將各成分的強度排列而成的。由於光譜數據量龐大，有時需要藉助人工智慧（AI）來解析光譜。不僅能檢測可見光，還能檢測1000奈米以上近紅外光（NIR）波長的系統被稱為NIR-HSI。
雖然此前已有NIR-HSI裝置，但大多體積龐大難以攜帶至試驗現場。竹村教授表示，「我的目標是用NIR-HSI觀察人體內部，因此必須實現設備的小型化」。
為了實現內視鏡尺寸大小，採用了能發射多波長的特殊雷射光源與僅允許特定波長通過的濾光片組合方案。然而，這種方法存在一個問題，那就是不同波長的折射率差異會導致焦點偏移，從而出現俗稱「虛焦」的模糊圖像。為此，通過在裝置內部配置60片玻璃透鏡，實現了在可見光至近紅外光光的寬波長範圍內也能聚焦的性能。「透鏡加工委託了地方工廠，由於加工難度極高，其他人無法輕易仿製」，竹村教授特別強調正是憑藉工匠的精湛技藝，才成就了該裝置。
利用JST項目探索產業界需求
收到食品行業等的大量諮詢
竹村教授的目標是通過NIR-HSI內窺鏡為醫療領域做出貢獻。例如，當人體組織深處的血管無法通過肉眼或常規內窺鏡成像時，施加NIR-HSI特定波長後，血管便能如透視般清晰顯現（圖2）。這是由於血管、肌肉、脂肪、神經組織對不同波長的吸收比和反射率各不相同，而近紅外光波長具有易穿透表層組織的特性，所以可使原本不可見的血管變得能夠看到。該技術還能發現腫瘤。
圖2 左圖為可見光下的生物組織成像，僅能看到表層紅色血管；右圖近紅外光成像則能看到可見光下看不出的深水層粗血管（藍色虛線部分）
在醫療現場的實用化方面，存在安全性檢查、診療費設定等諸多課題。另一方面，竹村教授認為該技術在醫療以外的產業領域存在能夠馬上投入實際應用的可能性。例如，利用NIR-HSI技術可輕鬆區分外觀相同的透明塑料的種類（圖3）。為此，他申請了日本國立研究開發法人科學技術振興機構（JST）的「大學新產業創出基金項目」的可行性驗證，著手探索市場需求。
圖3 左圖為可見光下不同材質的塑料片，肉眼完全無法區分；右圖A為NIR-HSI內窺鏡採集的近紅外光偽色圖像，右圖B是通過AI機器學習分析後，不同材質塑料的分類結果，準確率達95%以上
竹村教授介紹說，結果收到了食品行業等眾多領域的諮詢。竹村教授表示，「我們開發的NIR-HSI內窺鏡便於攜帶，使得現場驗證更加靈活方便」。此外，通過實際驗證還發現了設備存在的多項問題，由此推動了改進。竹村教授回顧道，「果然，很多問題只有到現場才能發現」。
在驗證過程中明確了企業需求後，為了進一步加快社會應用的步伐，竹村教授於2024年創立了Beyond Optical Technologies公司（東京都千代田區）。他本人從學生時代就對創業感興趣，曾有創業的想法，這也促成了他的決定。
公司不直接製造銷售NIR-HSI內窺鏡，而是專注於提供分析支持和諮詢服務。雖然分析時會使用NIR-HSI內窺鏡，但實際應用中往往只需幾種特定波長。公司會針對每個案例調查需求，協助客戶在現場的設備上實現相應功能。
竹村教授稱自己是「熱愛製造的人」，「雖然研究是主業，但我希望自己創造的東西能為社會做貢獻」。這種「製造精神」成為了他的原動力，推動了他的研究室不斷開發新產品，除NIR-HSI內窺鏡外，還在開發基於機器人學和生物力學概念的設備。
目前，竹村教授正與醫生團隊開展合作研究，籌備成立專注於NIR-HSI內窺鏡醫療應用的初創企業。竹村教授信心滿滿地表示，「要在醫療現場使用，設備必須滿足滅菌等嚴格要求，雖然門檻很高，但我們會克服這些困難，真正幫助到患者」。（TEXT : 島田祥輔、PHOTO : 島本繪梨佳）
原文：JSTnews 2025年9月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
