モンテカルロ木探索と多様体正則化に基づく3D/2D血管レジストレーションの研究 インターベンショナル血管手術では、術前のコンピュータ断層血管造影（CTA）画像を術中のデジタル減莢血管造影（DSA）画像に投影することにより、DSAナビゲーションの不足を補うことができます。これには深部情報の不足や有毒な造影剤の過剰使用などが含まれます。これらの技術の中で、3D/2D血管レジストレーションがキーステップとなります。本研究では、血管マッチングに基づく3D/2Dレジストレーション手法を提案します。 一、背景と研究動機 デジタル減莢血管造影（DSA）は、低侵襲インターベンショナル血管手術に使用される主要なイメージング手法であり、関心のある血管腔への造影剤注入によって2D画像を得ます。DSAは高い空間およ...

多核種SPECTイメージングの向上における電気共役光子検出技術の探究 放射性薬物療法（Radiopharmaceutical Therapy, RPT）は近年ますます関心を集めており、特に複数のトレーサーを同時に使用するSPECTイメージングにおいてその注目が高まっている。伝統的なイメージング方法では、異なるエネルギーのγ線の散乱と相互干渉により、イメージング品質が著しく低下する。それを解決するために、本論文の著者であるYifei JinとLing-Jian Mengは、電気共役光子検出（Coincidence Detection of Cascade Photons, CDCP）という手法を提案し、電気共役光子の検出に基づいて低活性治療性放射性核種イメージングにおける下散乱および相互干渉の...

背景紹介 一世紀前、Hevesyは最初に放射性トレーサーを植物の生物指標として利用することを提案し、その後ラットの実験で確認された。この発見は、核医学と分子イメージングの生物医学分野の発展を促進し、分子レベルでの生物過程の定量的可視化を可能にした。数あるイメージング技術の中で、単光子放出計算機断層撮影（SPECT）と陽電子放出断層撮影（PET）が特に重要であり、これらは標識化合物を使って生物機能と代謝を定量的に検出することができる。これらの技術が発展する過程で、X線計算機断層撮影（CT）や磁気共鳴画像（MRI）を組み合わせて解剖情報を得ることで、診断とデータ補正の正確性がさらに向上した。 しかし、現行のシステムには、画像再構成のプロセスで時間がかかり、ノイズが拡散するという大きな制約がある。...

畳み込みニューラルネットワークに基づく頭部衝撃動力学測定のノイズ除去の研究と応用 研究背景 軽度外傷性脳損傷（MTBI）は、世界的な健康の脅威である。人間は転倒、交通事故、スポーツなどの状況でMTBIのリスクにさらされることが多い。統計によると、2016年には世界で2700万件以上の脳損傷の事例があり、そのうち80%は「軽度」の脳損傷で、症状は比較的軽いが長期的な病理変化を引き起こす可能性がある。MTBIの病状分類は通常、グラスゴー昏睡尺度（GCS）によって行われ、そのスコアが12以上の患者は軽度脳損傷に分類される。急性期後には症状が迅速に回復することが多いが、長期的には慢性外傷性脳症（CTE）などの合併症が生じる可能性がある。 頭部衝撃が脳に与える影響を定量化するために、研究者は頭部運動学...

アルゴリズムによる電気穿孔技術を用いた自発性馬メラノーマ治療の安全性と有効性の研究 近年、電気穿孔(irreversible electroporation, IRE)は非熱焼灼技術として腫瘍治療において大きな潜力を見せている。伝統的な熱焼灼法に比べ、IREは細胞外マトリックスや主要血管をよりよく保存し、周囲の組織への損傷を最小限に抑えることができる。しかし、現段階の電気穿孔技術には実際の応用においていくつかの課題があり、特に治療プロセス中の温度変化を効果的に制御する方法が重要である。本研究はその背景に基づき、アルゴリズムによる電気穿孔(Algorithmically Controlled Electroporation, ACE)治療法の自発性馬メラノーマに対する安全性と有効性を探るもので...

カプセルロボットと結腸間の摩擦係数の特性評価 背景紹介 伝統的な結腸内視鏡検査は、結腸の健康状態を効果的に検出することができるが、侵襲性が高く、不快感や潜在的な合併症を引き起こしやすい。これを解決するために、研究者は能動的な運動機構を持つカプセルロボット（Capsule Robot, CR）を開発し、低侵襲で結腸検査を実現しようとしている。しかしながら、CRの効果的な運動と制御を実現するためには、CRの牽引力と運動抵抗を正確に予測することが不可欠であり、これらは主に摩擦力に起因する。しかし、現在の文献では、結腸内摩擦係数（Coefficient of Friction, CoF）に関する詳細な研究は提供されていない。したがって、本論文は実験測定とデータ分析を通じて、摩擦係数と接触圧力、環状ひ...

空間特異性混合励起技術を用いた磁性粒子イメージングの高信号対雑音比空間エンコード 背景紹介 磁性粒子イメージング（Magnetic Particle Imaging、MPI）は、新興の無放射線トレーサーイメージング技術として、超常磁性酸化鉄ナノ粒子（Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles、SPIOs）の空間分布を可視化することにより、高感度の定量イメージングを実現します。光学イメージングとは異なり、MPIはイメージング深度に制限がなく、組織のバックグラウンド信号に影響されずに直接SPIOsを定量化できます。しかし、従来のMPI空間エンコード方法は、固定された勾配強度の勾配磁場に依存し、無場点（Field-Free Point、FFP）または無場線...

科学論文総合学術報道 現代医学において、呼吸調節は呼吸機能障害患者にとって非常に重要です。しかし、現在臨床で使用されている陽圧式呼吸器には長期間の依存や外傷などの問題があります。また、いわゆる「アイアン・ラング」などの体外補助機器は非侵襲的な代替手段を提供していますが、現存する人工駆動装置は未だに生体模倣の呼吸筋を実現できていません。これに基づき、本論文の著者は自然な呼吸をシミュレートするバイオニックソフトエクソスケルトンロボットを提案し、体外閉ループ呼吸調節を実現可能としています。 学術背景 呼吸器は臨床で広く使用されていますが、人口の高齢化や新型コロナウイルスのパンデミックに伴い、呼吸機能補助の需要が大幅に増加しています。現在の呼吸補助機器には陽圧式と陰圧式がありますが、それぞれに一定の...

跨主体脑机接口：基于卷积神经网络的领域对抗训练实现实时注意力解码 学术背景 注意解読は私たちの日常生活において極めて重要な役割を果たしており、それを脳波（EEG）に基づいて実現することが広く注目されています。しかし、EEG信号の個体間の顕著な差異により、各個人ごとに汎用モデルを訓練するのは実際には困難です。したがって、本論文では、この課題を解決するためのエンドツーエンドのブレイン・コンピュータ・インタフェース（BCI）フレームワークを提案します。特に、時間と空間の1次元畳み込みニューラルネットワーク（1D CNN）およびドメイン・アドバーサリアル・トレーニング（Domain-Adversarial Training）戦略を利用します。 従来の注意解読方法は、通常、線形判別分析（LDA）やサポ...

混合水凝胶-磁性驱動カプセルによる自動腸内微生物サンプリング 学術背景 腸内微生物群は大量かつ多様な微生物で構成されており、これらの微生物は人間の健康に重要な影響を与えます。たとえば、がん、糖尿病、および炎症性腸疾患（IBD）などです。現在、腸内微生物を研究する方法は主に糞便サンプリング、回腸造口術、または大腸内視鏡検査などが含まれます。しかし、これらの方法にはさまざまな問題があります。糞便サンプリングでは特定の腸区間の微生物群情報を提供できませんし、回腸造口術と大腸内視鏡検査は高度に侵襲的です。したがって、小腸内で目標サンプリングを行うための非侵襲的なツールが必要です。 近年、飲み込み可能なカプセルが解決策の一つとして浮上しています。これらのカプセルは目標サンプリングを行うと同時に、薬物デ...