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...

超音波バックスキャッタ技術の腱の定量的特性評価への応用 学術的背景 腱病（tendinopathy）は、一般的な筋骨格系疾患であり、腱の微細構造、組成、および細胞組織が変化し、痛みや機能低下を引き起こす特徴があります。腱病は通常、過使用によって引き起こされ、血管増生、炎症、コラーゲン繊維の乱れなど、さまざまな病理的変化を伴う可能性があります。腱病の早期診断は非常に重要ですが、現在の診断方法は主に医師の経験に依存しており、定量的で客観的な評価手段が欠けています。超音波画像技術はすでに腱病の診断に応用されていますが、これも医師の主観的な判断に依存しており、定量データを提供することはできません。したがって、腱病の早期診断と治療において、非侵襲的で定量的な診断方法の開発が重要です。 超音波バックスキ...

スマートフォンビデオキャプチャ技術を用いた脳卒中患者の骨盤と下肢の協調性分析に関する研究 学術的背景 脳卒中（stroke）は、世界中で発症率、障害率、死亡率が最も高い疾患の一つであり、毎年1500万人の新規患者が発生しています。そのうち20％から30％の患者が片麻痺歩行（hemiplegic gait）に至り、これは脳卒中後の最も深刻な機能障害の一つです。片麻痺歩行は、患者の歩行能力に影響を与えるだけでなく、転倒リスクも増加させ、生活の質を著しく損ないます。従来の歩行分析では、通常、下肢の時空間パラメータ（spatiotemporal parameters）や関節運動学（joint kinematics）に焦点が当てられますが、これらの離散的なパラメータは、脳卒中患者の歩行異常のメカニズム...

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...

仮想現実における存在感：神経生理学的マーカーの探求と検証 背景紹介 近年、仮想現実（Virtual Reality, VR）技術は医学、トレーニング、リハビリテーションなどの分野で広く応用されています。VRの中核となるのはユーザーの「存在感」（Sense of Presence）であり、これはユーザーが仮想環境に「実際にいる」と感じる体験です。しかし、現在のところ、存在感の評価は主にITC-SOPI（ITC-Sense of Presence Inventory）やSUS（Slater-Usoh-Steed）アンケートなどの主観的な質問紙に依存しています。これらの方法には主観的なバイアスがあり、ユーザーの無意識の反応を捉えることが難しいという欠点があります。そのため、神経生理学的信号に基づい...

自動化技術在胚栄養膜細胞生検への応用に関する研究 学術的背景 胚生検（Embryo Biopsy）は、体外受精（In Vitro Fertilization, IVF）における重要なプロセスであり、特に着床前遺伝学的検査（Preimplantation Genetic Testing, PGT）において重要です。胚生検を通じて医師は、遺伝疾患の伝達を回避し、胚移植の成功率を向上させるために、胚から少量の細胞を抽出して遺伝分析を行います。しかし、従来の胚生検は手作業に依存しており、操作時間が長く、成功率が不安定で、胚損傷のリスクが高いという問題があります。単一細胞生物学の研究が進むにつれ、自動化技術の導入がこれらの問題を解決する鍵となっています。本稿では、コンピュータビジョンと画像フィードバッ...

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...