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...

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...

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...

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...

微コーム技術の学際的進展：物理学と情報技術をつなぐ架け橋 学術的背景 光学周波数コーム（Optical Frequency Comb, OFC）は、光周波数領域を一連の離散的かつ等間隔の周波数線に分割する技術であり、精密測定、光通信、原子時計、量子情報などの分野で広く応用されています。しかし、従来の周波数コーム装置は通常、大規模で複雑であり、現代科学や技術が求める携帯性や集積化のニーズを満たすのが困難です。近年、マイクロコーム（Microcomb）技術はそのコンパクトさ、高効率、多機能性により注目を集めています。マイクロコームは、光学マイクロキャビティ内の非線形効果を利用して生成され、チップレベルで周波数コームの機能を実現できるため、多くの分野に革命的な変化をもたらしています。 マイクロコー...