竹村 裕
东京理科大学 创域理工学部
机械航空宇宙工学科 教授
2023年起担任大学新产业创出基金事业可能性验证（创业挑战）研究代表
“创新日本走访” 系列采访那些以实际应用于社会一线为目标的研发现场。第23回采访的是东京理科大学创域理工学部的竹村裕教授，他正致力于开发利用人眼不可见光线来发现生物体内隐藏的癌症或表面不可见裂纹的装置。竹村教授为实现装置实用化而于2024年创业，目前已收到多家企业的业务委托。
记录数百种波长的强度
传承透镜加工优秀工匠的技艺
竹村裕教授的研究室位于东京理科大学野田校区（千叶县野田市）。从最近的车站走过一条横跨利根运河的桥即可抵达，中午在宽敞的校园中能看到学生们在餐车前排队买饭的景象。在这个校区开展研究的竹村教授，从铝合金箱中取出的装置，乍一看犹如手术用的内视镜（图1）。然而这台内视镜利用人眼看不见的光线，能展现出与我们日常所见截然不同的景象，其核心技术就是“高光谱成像（HSI）”。
图1 竹村教授等人开发的NIR-HSI硬性内视镜（左）与NIR-HSI纤维镜（右）。优点是可手持的尺寸大小，便于定制化与移动使用
人类只能识别波长约400〜700纳米的光，这个范围的光被称为可见光。一般的数码相机检测可见光中的蓝、绿、红三种波长的强度，并记录数据。而HSI技术可以测量相隔数纳米的波长强度，记录数十至数百种波长的强度数据。这样获得的数据被称为“光谱”，是将光、信号的波分解为不同成分，并将各成分的强度排列而成的。由于光谱数据量庞大，有时需要借助人工智能（AI）来解析光谱。不仅能检测可见光，还能检测1000纳米以上近红外（NIR）波长的系统被称为NIR-HSI。
虽然此前已有NIR-HSI装置，但大多体积庞大难以携带至试验现场。竹村教授表示，“我的目标是用NIR-HSI观察人体内部，因此必须实现设备的小型化”。
为了实现内窥镜尺寸大小，采用了能发射多波长的特殊激光光源与仅允许特定波长通过的滤光片组合方案。然而，这种方法存在一个问题，那就是不同波长的折射率差异会导致焦点偏移，从而出现俗称“虚焦”的模糊图像。为此，通过在装置内部配置60片玻璃透镜，实现了在可见光至近红外光的宽波长范围内也能聚焦的性能。“透镜加工委托了地方工厂，由于加工难度极高，其他人无法轻易仿制”，竹村教授特别强调正是凭借工匠的精湛技艺，才成就了该装置。
利用JST项目探索产业界需求
收到食品行业等的大量咨询
竹村教授的目标是通过NIR-HSI内视镜为医疗领域做出贡献。例如，当人体组织深处的血管无法通过肉眼或常规内视镜成像时，施加NIR-HSI特定波长后，血管便能如透视般清晰显现（图2）。这是由于血管、肌肉、脂肪、神经组织对不同波长的吸收率和反射率各不相同，而近红外波长具有易穿透表层组织的特性，所以可使原本不可见的血管变得能够看到。该技术还能发现肿瘤。
图2 左图为可见光下的生物组织成像，仅能看到表层红色血管；右图近红外成像则能看到可见光下看不出的深层粗血管（蓝色虚线部分）
在医疗现场的实用化方面，存在安全性检查、诊疗费设定等诸多课题。另一方面，竹村教授认为该技术在医疗以外的产业领域存在能够马上投入实际应用的可能性。例如，利用NIR-HSI技术可轻松区分外观相同的透明塑料的种类（图3）。为此，他申请了日本国立研究开发法人科学技术振兴机构（JST）的“大学新产业创出基金项目”的可行性验证，着手探索市场需求。
图3 左图为可见光下不同材质的塑料片，肉眼完全无法区分；右图A为NIR-HSI内视镜采集的近红外伪彩色图像，右图B是通过AI机器学习分析后，不同材质塑料的分类结果，准确率达95%以上
竹村教授介绍说，结果收到了食品行业等众多领域的咨询。竹村教授表示，“我们开发的NIR-HSI内视镜便于携带，使得现场验证更加灵活方便”。此外，通过实际验证还发现了设备存在的多项问题，由此推动了改进。竹村教授回顾道，“果然，很多问题只有到现场才能发现”。
在验证过程中明确了企业需求后，为了进一步加快社会应用的步伐，竹村教授于2024年创立了Beyond Optical Technologies公司（东京都千代田区）。他本人从学生时代就对创业感兴趣，曾有创业的想法，这也促成了他的决定。
公司不直接制造销售NIR-HSI内视镜，而是专注于提供分析支持和咨询服务。虽然分析时会使用NIR-HSI内视镜，但实际应用中往往只需几种特定波长。公司会针对每个案例调查需求，协助客户在现场的设备上实现相应功能。
竹村教授称自己是“热爱制造的人”，“虽然研究是主业，但我希望自己创造的东西能为社会做贡献”。这种“制造精神”成为了他的原动力，推动了他的研究室不断开发新产品，除NIR-HSI内视镜外，还在开发基于机器人学和生物力学概念的设备。
目前，竹村教授正与医生团队开展合作研究，筹备成立专注于NIR-HSI内视镜医疗应用的初创企业。竹村教授信心满满地表示，“要在医疗现场使用，设备必须满足灭菌等严格要求，虽然门槛很高，但我们会克服这些困难，真正帮助到患者”。（TEXT : 岛田祥辅、PHOTO : 岛本绘梨佳）
原文：JSTnews 2025年9月号
翻译：JST客观日本编辑部
