pth根圧縮遅延和積分ビームフォーミングのパッシブキャビテーションイメージングへの応用に関する研究 学術的背景 パッシブキャビテーションイメージング（Passive Cavitation Imaging, PCI）は、超音波治療中の気泡活動を監視する技術であり、薬物送達や組織破壊（例：ヒストトリプシー、Histotripsy）などの治療シーンで広く使用されています。しかし、既存のPCI技術には、特に遅延和積分（Delay, Sum and Integrate, DSI）ビームフォーミングアルゴリズムを使用した場合、軸方向解像度が低いことやサイドローブアーチファクトが顕著であるといった問題があります。PCIの性能を向上させるために、研究者たちは計算複雑性を大幅に増加させることなく画像品質を改善...

組織の電気穿孔モデリングに関する研究 背景紹介 電気穿孔（Electroporation）は、細胞膜が短時間の電気パルスにさらされた際に発生する現象であり、細胞膜のイオンや大分子に対する透過性を増加させます。電気パルスが細胞膜に与える影響に基づき、電気穿孔は可逆的電気穿孔（Reversible Electroporation, RE）と不可逆的電気穿孔（Irreversible Electroporation, IRE）に分類されます。IREは非熱的組織アブレーション技術であり、高電圧パルスを電極を通じて印加することで細胞死を誘導し、腫瘍治療に広く応用されています。しかし、従来のIREシミュレーションモデルでは、パルス間の電場方向の変化やIRE領域での電気伝導率の増加がアブレーション効果に与...

軽量3.0 T液体ヘリウム不要MRIシステムの設計と試験 学術的背景 磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging, MRI）は、非侵襲的で放射線を使用しないイメージング技術として、医学診断や科学研究に広く応用されています。特に、小動物研究や材料分析分野では、高磁場MRIシステムがより高い空間分解能と豊富な組織コントラストを提供し、研究者に正確なイメージングデータを提供します。しかし、従来の3.0 T MRIシステムは液体ヘリウム冷却超伝導マグネットに依存しており、コストが高く、さらに液体ヘリウムの消費とメンテナンスが大きな経済的負担と環境影響をもたらしています。また、従来のMRIシステムは体積が大きく、設置や運転には広いスペースが必要であり、これが研究所や小型...

マイクロ波誘導熱音響イメージングにおける受動的ビームフォーミングメタサーフェスに関する研究 学術的背景 マイクロ波誘導熱音響イメージング（Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging, MTAI）は、マイクロ波と超音波イメージングの利点を組み合わせた新しい医療イメージング技術です。この技術では、マイクロ波パルスが生体組織に照射されると、組織は電磁エネルギーを吸収して熱膨張を起こし、これにより超音波（すなわち熱音響信号）が生成されます。これらの信号は組織内部の形態および機能情報を含んでいます。MTAIは非侵襲性で高解像度、深部浸透性、高コントラストといった利点があり、そのため乳がんスクリーニング、脳画像、関節画像などの分野で広く応用されています。しかし、イメ...

オンライン表面筋電図信号分解の二重ソース検証に関する研究 学術的背景 表面筋電図（Surface Electromyogram, SEMG）は筋肉活動を表す重要な指標であり、運動リハビリテーション、ロボット制御、ヒューマンマシンインタフェースなどの分野で広く応用されています。しかし、SEMG信号は低SN比、高い類似性、波形の重なりが顕著なため、分解が困難です。近年、電子技術とセンシング技術の進歩により、高密度表面筋電図（High-Density SEMG, HD SEMG）の収集が可能となり、盲源分離技術（Blind Source Separation, BSS）として知られる手法、例えば畳み込みカーネル補償（Convolution Kernel Compensation, CKC）や漸進型...

心臓経皮的インターベンション手術における模倣学習の適用 学術的背景 心臓弁膜症、特に僧帽弁逆流（mitral regurgitation, MR）は、世界的に見ると第三位に多い心臓弁膜疾患であり、高齢者人口で発症率が高い。MRの特徴は、僧帽弁が収縮期に完全に閉じないことで、左心室から左心房への血液の逆流を引き起こし、治療しなければ心不全などの重篤な合併症につながる可能性がある。伝統的な開胸手術は効果的だが、患者への負担が大きく、回復にも時間がかかる。近年、創傷が少なく回復が早いという利点を持つ経皮的インターベンション手術（例：経カテーテル僧帽弁修復術、TEER）が徐々に代替手段として普及している。しかし、この手術では操作者の手と目の調整能力が極めて重要であり、学習曲線が急峻で、通常は専門設備...

学術的背景 現代の職場環境、特に反復的な持ち運びや腰を曲げる作業を伴う業界において、腰部の損傷は一般的で高コストな職業健康問題です。統計によると、腰部の損傷は米国における職業性筋骨格損傷全体の35%を占めています。人体工学的対策（例えば、特定の物資運搬タスクの削減）によってリスクを軽減できるものの、多くの場合、リスク曝露を完全に排除することは不可能です。したがって、労働者の腰部負担を軽減する技術を開発することが特に重要になります。 エクソスケルトン（Exoskeletons）とエクソスーツ（Exosuits）は近年登場したウェアラブル技術で、補助力を提供することで腰部損傷のリスクを低減できます。準受動型エクソ（Quasi-passive exos）は、受動型エクソの軽量性と能動型エクソの柔軟...

疎行列と低ランク行列技術による多電極アレイの高速シミュレーション 学術的背景 多電極アレイ（multi-electrode arrays, MEAs）は、特に網膜プロテーゼ（retinal prostheses）などのニューロン刺激装置において重要な役割を果たします。これらのデバイスは、神経細胞に電気刺激を与えることで視力を回復させたり、神経変性疾患を治療したりします。しかし、これらのデバイスの電場分布や電流ダイナミクスをシミュレートすることは非常に高い計算複雑さを伴います。従来のシミュレーション方法では、数百万個の相互接続された抵抗（resistor mesh）を処理する必要があり、電極数が増加しピクセルサイズが縮小すると、計算時間とメモリ要件が急激に増加し、シミュレーションがほぼ不可能に...

聴覚注意デコーディングに基づく脳機械インターフェースの教師なし精度推定に関する研究 学術的背景 複雑な聴覚環境において、人間は特定の音源に選択的に注意を向け、他の干渉音を無視する能力を持っています。この現象は「カクテルパーティー効果」（cocktail party effect）と呼ばれています。選択的聴覚注意デコーディング（Selective Auditory Attention Decoding, AAD）技術は、脳波（Electroencephalography, EEG）などの脳信号を解析し、ユーザーが注目している音源を解読します。この技術は、神経指向型補聴器（neuro-steered hearing aids）や脳機械インターフェース（Brain-Computer Interfa...

スペクトル拡散後続サンプリングに基づく多材料分解に関する研究 背景紹介 医用画像分野では、CT（コンピュータ断層撮影）技術が疾患診断や治療計画に広く利用されています。近年、スペクトルCT（spectral CT）はエネルギー依存の減衰情報を提供できることから注目を集めています。スペクトルCTは複数のエネルギーチャネルの投影データを使用して、異なる材料の密度分布を再構成します。このプロセスは材料分解（material decomposition）と呼ばれます。しかし、材料分解は高度に非線形な逆問題であり、従来の分解方法である解析的分解（analytical decomposition）や反復モデル分解（iterative/model-based decomposition）には計算効率の低さ、...