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...

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...

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...

仰臥位乳房MRIにおける可穿戴コイルを用いたモーション補正の研究 学術的背景 乳がんの診断とモニタリングにおいて、磁気共鳴画像法（MRI）は極めて重要なツールです。現在、標準的な乳房MRIは通常、うつ伏せ姿勢で撮像されますが、この姿勢は呼吸運動によるアーチファクトを減少させるのに役立ちます。しかし、患者にとってうつ伏せ姿勢が常に快適なわけではなく、手術、超音波検査、放射線治療などの臨床介入で一般的に用いられる仰向け姿勢とは乳房の形状や位置に差異があります。したがって、仰向け姿勢での乳房MRIの開発には重要な臨床的意義がありますが、その一方で、動きの影響を受けやすいという課題があります。 仰向け姿勢での乳房MRIにおける呼吸運動によるアーチファクトを軽減するため、研究者たちは複数の戦略を提案し...

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、...

自己校正メカニズムを備えた深層再構成フレームワーク（DEISM）の化学交換飽和移動イメージングへの応用 学術的背景 化学交換飽和移動（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）イメージングは、高感度な分子磁気共鳴イメージング技術であり、がん、てんかん、脳卒中などのさまざまな疾患に関連する生体分子を検出することができます。しかし、CESTイメージングにはスキャン時間が長くなるという大きな欠点があり、これは異なる飽和周波数オフセットで複数回のデータ取得を行う必要があるためです。この長いスキャン時間は、CESTイメージングの臨床での広範な採用を制限しています。この問題に対処するために、研究者たちは加速されたCESTイメージング技術の開発に取り組んでおり...

自己教師あり学習に基づく神経内視鏡リアルタイム3D再構成とナビゲーションに関する研究 学術的背景 神経内視鏡手術（neuroendoscopy）は、脳深部病変の治療に広く使用される低侵襲手術技術であり、内視鏡下第三脳室造口術（endoscopic third ventriculostomy, ETV）、脈絡叢焼灼術、嚢胞開窓術などに応用されています。しかし、手術中に脳組織移動（brain shift）や脳脊髄液（cerebrospinal fluid, CSF）の流出が発生すると、脳深部構造が幾何学的に変形し、従来の術前画像に基づいた神経ナビゲーション（neuronavigation）に課題をもたらします。伝統的なナビゲーションシステムは通常、術前磁気共鳴画像（MRI）やコンピュータ断層撮影...

大視野、単細胞分解能の二光子および三光子顕微鏡による深部および広域イメージング 研究背景と問題提起 多光子顕微技術（Multiphoton Microscopy, MPM）は、特に生体脳機能研究において不可欠な深部組織イメージングのための強力なツールです。しかし、従来の二光子顕微鏡（Two-Photon Microscopy, 2PM）は比較的大きな視野（Field of View, FOV）を実現できますが、そのイメージング深度は通常浅い皮質領域に限定され、脳の深部構造には到達できません。一方、三光子顕微鏡（Three-Photon Microscopy, 3PM）はより深いイメージングが可能ですが、熱損傷によりレーザーの繰り返し周波数が制限され、視野が小さく、イメージングスループットが低...

限られたデータにおける画像合成に関する調査 研究背景と問題提起 近年、ディープ生成モデル（Deep Generative Models）は、特に画像やビデオ生成、音声合成などのインテリジェントな作成タスクにおいて、前例のない進展を遂げてきました。しかし、これらのモデルの成功は大量のトレーニングデータと計算資源に依存しています。トレーニングデータが限られている場合、生成モデルは過学習（Overfitting）や記憶化（Memorization）の問題を引き起こしやすく、生成サンプルの品質と多様性が大幅に低下します。この制約は、医療画像生成、産業における欠陥検出、芸術作品制作など、多くの実用的なアプリケーションにとって課題となっています。 これらの問題に対処するために、研究者たちは限られたデータ...