解釈可能な機械学習によるアミノ酸PET画像を用いた膠芽腫診断への応用研究 学術的背景 膠芽腫（glioma）は、中枢神経系で最も一般的な悪性腫瘍の1つであり、その診断と治療戦略は通常、組織病理学的分析に依存しています。しかし、組織病理学的分析には侵襲性が高い、時間がかかるといった限界があります。近年、医学画像に基づくラジオミクス（radiomics）技術が注目されており、大量の定量的特徴を医学画像から抽出し、機械学習（machine learning, ML）アルゴリズムと組み合わせることで、複雑な画像特徴の関係を効果的に捉えることが可能になり、膠芽腫の診断や予後評価に新たな可能性を提供しています。しかし、機械学習モデルは膠芽腫の予測タスクで高い有効性を示すものの、決定プロセスの透明性に欠け...

前立腺がんのステージングにおけるAI強化型超高速PSMA-PETの応用 学術背景 前立腺がんは、世界中の男性で最も一般的ながんの1つであり、正確な診断とステージングは治療方針の決定において非常に重要です。前立腺特異的膜抗原（PSMA）をターゲットとした陽電子放射断層撮影（PET）は、前立腺がん患者の標準的な検査法として確立されています。しかし、従来のPSMA-PETスキャンには長いスキャン時間が必要で、通常は20分ほど要しました。このため、スキャンへのアクセスが制限され、特に需要が増加している状況では問題となります。スキャン時間を短縮するため、超高速PSMA-PETスキャン技術が提案されましたが、この方法では画像品質の低下が課題となっていました。この課題に対処するため、研究者たちはAI技術を...

初期18F-Flortaucipir Tau-PETがアルツハイマー型認知症における脳代謝の代替バイオマーカーに 背景紹介 アルツハイマー型認知症（Alzheimer’s Disease, AD）は、一般的な神経変性疾患であり、その主な病理学的特徴は、β-アミロイドタンパク（Aβ）の細胞外蓄積、異常タウタンパクの細胞内蓄積、および神経変性です。これらの病理的変化は、臨床症状が現れる10～20年前から脳内に進行的に蓄積するとされています。ポジトロン断層法（PET）イメージング技術は、これらのタンパク質蓄積および神経細胞損傷を生体内で評価することができ、ADの早期診断において重要な役割を果たしています。18F-フルオロデオキシグルコース（18F-FDG）PETは神経変性を研究するための確立された...

背景紹介 白内障手術や水晶体交換手術の普及に伴い、人工水晶体（intraocular lens, IOL）の光学性能は術後患者の視覚品質において重要性を増しています。臨床的な視覚性能（視力や焦点範囲など）の予測は眼科分野における重要な研究テーマとなっており、特に異なる設計のIOLを議論する際には、その光学性能が瞳孔サイズの変化によって異なる可能性が注目されています。しかし、現在の既存の予測モデルは固定された瞳孔サイズを前提としており、実際の臨床応用におけるこの重要な変数を無視しています。 近年、標準化されたプロセス（例: ANSI Z80.35-2018およびISO 11979-7:2024）が単眼デフォーカス曲線（monocular defocus curve）を導入し、IOL（例: 延長...

術中偏光イメージングを利用した末梢神経の識別支援：最前線の研究 末梢神経は人体の感覚と制御ネットワークにおいて極めて重要な役割を果たしており、その完全性と正常な機能は私たちの生活の質にとって不可欠です。しかしながら、手術中の偶発的な末梢神経損傷は少なくなく、これに起因する機能障害や痛み、不良な手術予後のリスクが存在します。解剖学的に複雑な部位（例: 手部、手首、首）では、末梢神経と他の組織が密接に分布しており、手術中に神経を他の組織と明確に区別することが難しいため、神経損傷のリスクが高まります。現在のところ、外科医は主に術前の画像診断技術（MRIや超音波など）および個人の臨床経験に頼り、術中の末梢神経損傷を回避しています。しかし、これらの手法は小さな神経の識別に限界があり、術前画像もまた静的...

皮膚の色素沈着バイアスの挑戦：組織酸素測定における時域近赤外分光技術の応用 背景と研究動機 近年、光学技術は医療診断と治療における利用が急速に進んでいます。しかし、皮膚の色素沈着レベル（皮膚中のメラニンの含有量）の違いが光学デバイスの精度に著しく影響を及ぼす可能性があります。たとえば、COVID-19パンデミック中、複数の臨床医が報告したように、脈拍血中酸素飽和度計（SpO2）は低酸素状態にある肌の色が濃い患者に対して十分に正確な結果を示せませんでした。この問題は研究界において光学デバイスの多様な患者層への対応能力を再評価するきっかけとなりました。しかし、異なる光学デバイスに対する皮膚の色素沈着の影響に関する研究は依然として非常に限られています。特に新たに登場した時域近赤外分光技術（Time...

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...