数値解析が多焦点眼内レンズの術後視覚評価と最適化を支援 導入と研究背景 白内障手術の主要な目標の一つは、患者が眼鏡を使用せずとも鮮明な視覚を実現することです。しかし、この目標は以下の二つの主要な課題によって制限されています：水晶体調節機能の喪失と術後角膜乱視（corneal astigmatism）。これらの課題に対処するため、臨床では角膜乱視矯正眼内レンズ（toric intraocular lenses, toric IOLs）を導入し乱視を矯正する一方、多焦点眼内レンズ（multifocal intraocular lenses, multifocal IOLs）を開発し、多焦点視覚の需要に応えようと試みています。しかし、臨床観察によれば、単焦点眼内レンズ（monofocal IOLs...
深層神経ネットワークを基盤とした微細ナビゲーション顕微手術システム——白内障手術の精度向上への新たな一歩 学術的背景と研究課題 白内障は、世界的に失明の主要原因の一つとされています。現在、超音波乳化術（phacoemulsification）と人工水晶体（IOL）の移植を組み合わせた手術方法が白内障治療の主流となっています。この方法は、患者の視覚品質の向上だけでなく、手術合併症の発生率を効果的に低減することが可能です。しかし、手術の結果は、その精密な操作および眼球の空間的な位置決めと方向性に大きく依存します。手術中において、例えば角膜切開部の位置、嚢膜切開（capsulorhexis）のサイズと位置、さらには人工水晶体の角度が術後の視覚回復に極めて重要な役割を果たします。 現在の眼科手術用顕...
光コヒーレンストモグラフィーとロボット工学の融合：現在の研究と将来の展望 学術的背景 光コヒーレンストモグラフィー（Optical Coherence Tomography、OCT）は、非侵襲的で高解像度の光学イメージング技術であり、その誕生以来、生物医学分野で広く利用されています。OCTはマイクロメートルレベルで組織の構造を可視化することが可能であり、特に眼科領域では、角膜や網膜のイメージングや病気の診断といった応用で大きな成功を収めています。しかし、従来型のOCT装置は通常、静的な環境でのイメージングに使用され、装置の大きさ、視野（Field of View, FOV）、および操作の柔軟性の観点で制約を受けています。動的で複雑な医療シナリオや外科手術への応用では、従来のOCT装置の限界が...
高解像度動的微表情捕捉：多焦点カメラアレイの革新 背景と研究課題 生物医学、感情認識、疾患診断、外科手術の評価、顔面補綴、および遺伝的特徴研究など、多くの分野で高品質な動的顔面画像の捕捉が非常に重要となっています。人間の顔の表情、特に微表情は豊富な生物医学的情報を提供することができます。例えば、高解像度の動的顔面表情を捕捉することで、感情コンピューティングの精度向上、特定の疾患診断、手術結果の評価、そして高精度の顔面補綴の生成が可能になります。このような応用背景において、顔面曲面の詳細を高解像度で捕捉することが、科学界における重要な課題となっています。 従来の単一カメラシステムでは、景深（Depth of Field, DOF）、視野（Field of View, FOV）、および解像度の間...
fNIRSを基にした触覚フィードバックが脳卒中患者の手部リハビリにおける神経機能の研究 学術背景 脳卒中は一般的な神経系疾患であり、これが引き起こす機能障害は患者の日常生活や生活の質に深い影響を与えます。なかでも、手部の機能障害は特に顕著であり、筋力の低下や指の動作制御が著しく制限されます。これらの問題は、患者が基本的な生活技能を遂行する能力を制限するだけでなく、社会参加を大幅に減少させ、全体的な生活の質を低下させます。従来の運動機能リハビリ訓練は、運動機能の改善に一定の効果をもたらすものの、リハビリ後も半数以上の脳卒中患者は依然として手部運動障害を抱えています。 近年、触覚フィードバック（Tactile Feedback, TF）を組み込んだ運動リハビリ法が有望な介入手段として注目されてい...
光学革命の新たな扉：光学相関断層撮影とラマン分光技術を融合した多モダリティ網膜イメージングシステムの開発 研究の背景と意義 網膜組織の分子情報へのアクセスは、眼科および神経変性疾患の早期診断を可能にする重要な鍵の一つとなっています。しかし、現在の網膜イメージングのゴールドスタンダードである光学相関断層撮影（Optical Coherence Tomography, OCT）およびその機能拡張技術である光学相関断層血管撮影（OCTA）では、網膜の構造および血流灌流情報しか提供できません。これらの技術は糖尿病性網膜症やアルツハイマー病、多発性硬化症といった中枢神経系疾患に関連する網膜や血管の変化の診断に顕著な価値を持ちますが、疾患の起源に対する特異性が不足しています。これは、それらの構造および血...
軟組織の弾性非接触表征における光ファイバSagnac干渉計の可能性を探る 背景紹介 軟組織の機械特性は、現代医学や生物医学研究において重要な意義を持っています。軟組織の機械特性について深い理解を得ることは、その構造的完全性や潜在的な病理学的状態を評価する助けとなります。しかし、従来の組織機械特性の評価技術は、多くの場合、組織への直接接触を必要とし、これは患者に不快感を引き起こす可能性があります。特に眼科などの敏感な分野では問題が顕著です。加えて、直接接触は組織の汚染や検査結果に影響を与えるアーティファクトを引き起こす可能性があり、検査精度に悪影響を及ぼすことがあります。このため、軟組織機械特性の非接触測定法を開発することが課題となっています。 近年、光学技術に基づく非接触技術であるフーリエ領...
ビデオベースの心拍数および呼吸数推定の新しい手法 背景と研究動機 心拍数（Heart Rate, HR）と呼吸数（Respiratory Rate, RR）は、心肺機能を反映する重要な生理学的指標であり、医学、健康モニタリング、心理学や行動研究などで広く利用されています。従来、これらの指標は接触型センサーで測定されてきました。たとえば、心拍数は心電図（Electrocardiography, ECG）や光電容積脈波記録法（Photoplethysmography, PPG）、呼吸数は呼吸ベルトや気流測定装置を用いて評価されます。しかし、接触型手法は、装着時の快適性や皮膚刺激の懸念を含む制約があり、特に遠隔モニタリングのような特定のシナリオでは適用が困難です。 近年、非接触型のビデオベース生理...
自動化ロボット頭蓋骨穿孔手術システム研究レポート 背景紹介 脳は複雑な生命活動の中核器官であり、すべての心理や意識過程を掌握し、生命活動のあらゆる面を担っています。21世紀に入り、神経科学は最も成長し、研究進展が著しい分野の一つとなりました。動物モデルは脳と神経機能の研究において重要な役割を果たしてきました。しかし、従来広く使用されている医学的画像診断技術、たとえば、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像診断（MRI）、および機能的近赤外分光（fNIRS）は、脳組織の構造と機能を観察する能力を持つ一方で、神経細胞ひとつひとつの活動を高解像度でキャプチャするにはまだ限界があります。そのため、光学顕微技術として、二光子顕微鏡（two-photon microscopy）、共焦点顕微鏡（con...
次世代の低コスト光コヒーレンストモグラフィー（OCT）システムの開発：視網膜イメージングの臨床応用を強化 学術的背景 光コヒーレンストモグラフィー（Optical Coherence Tomography, OCT）は、非侵襲的で高解像度の画像取得技術であり、特に視網膜疾患の診断において広く利用されています。しかしながら、商業用OCTシステムは非常に高価（4万ドルから15万ドル）であるため、資源が限られた地域ではその利用が制限されています。OCT技術の利用可能性を拡大するため、研究者たちは低コストOCTシステムの開発に取り組み、臨床現場（Point-of-Care）において高品質の視網膜イメージングを可能にすることを目指しています。本稿では、ハードウェア設計と画像処理アルゴリズムを改良するこ...