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...

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...

聴覚注意デコーディングに基づく脳機械インターフェースの教師なし精度推定に関する研究 学術的背景 複雑な聴覚環境において、人間は特定の音源に選択的に注意を向け、他の干渉音を無視する能力を持っています。この現象は「カクテルパーティー効果」（cocktail party effect）と呼ばれています。選択的聴覚注意デコーディング（Selective Auditory Attention Decoding, AAD）技術は、脳波（Electroencephalography, EEG）などの脳信号を解析し、ユーザーが注目している音源を解読します。この技術は、神経指向型補聴器（neuro-steered hearing aids）や脳機械インターフェース（Brain-Computer Interfa...

学術的背景 パーキンソン病（Parkinson’s Disease, PD）は、65歳以上の人々に主に影響を与える第二に一般的な慢性神経変性疾患です。世界人口の高齢化が進むにつれて、パーキンソン病の有病率は2015年の約700万人から2040年には約1300万人に増加すると予測されています。現在、パーキンソン病の診断は主に臨床的な質問票や運動日記に依存しており、これらの方法は時間がかかり、大きな主観的な偏りがあります。近年、ウェアラブル技術と機械学習手法の組み合わせにより、研究者たちは運動症状を定量化することによってパーキンソン病の診断を支援する可能性を探り始めました。しかし、これらの技術の有効性は環境設定の影響を受けやすく、現実世界での広範な応用は困難です。したがって、本研究では短期間の運...

呼吸表面筋電図の電極位置に関する定量的比較研究 学術的背景 呼吸表面筋電図（Surface Electromyography, SEMG）は、非侵襲的な技術であり、呼吸筋の筋電活動を記録するために使用され、呼吸努力、患者と人工呼吸器の非同期性、および呼吸訓練の分析に広く応用されています。しかし、標準化された電極配置が欠如しているため、異なる研究間で使用される位置や設定に大きなばらつきがあり、これにより結果の比較可能性が制限され、臨床応用の進展も妨げられています。したがって、最適な電極位置を決定することは、呼吸SEMGの臨床での受け入れ度を高めるために重要です。本研究は、片側および両側バイポーラ導出の性能を定量的に比較し、呼吸SEMGの標準化に関する科学的根拠を提供することを目指しています。 ...

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...

小児集中治療室における心拍数と体温の関係に関する機械学習研究 学術的背景 集中治療室（PICU）において、心拍数（HR）と体温（BT）は患者の生理状態を反映する重要な臨床指標です。成人における心拍数と体温の関係は広く研究されていますが、特にPICUのようなハイリスク環境での小児群、特に0歳から18歳までの年齢層における研究は依然として限られています。小児患者の生理的特徴は成人とは大きく異なり、年齢とともに心拍数が減少し、体温の変化が心拍数に影響を与えることが知られています。しかし、従来の線形モデルでは、異なる体温範囲や年齢層で心拍数を予測する際に制約があり、しばしば過小評価や過大評価が生じます。したがって、心拍数、体温、年齢間の複雑な関係を探ることは、PICUにおける臨床意思決定の改善に重要...

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...