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研究室紹介
研究室紹介

羽石研究室では,多次元イメージングとマルチモダリティーイメージングの研究を進めています,前者は空間的高次元,時系列,分光等により,高次元被写体情報を収集・処理する技術の研究開発です.例として2次元の時系列MR画像群から4次元MR画像を構築する研究が挙げられます(図左.実際は動画像として動きます).マルチモダリティーイメージングの研究では,X線画像,CT,PET等の医用画像モダリティー(診断装置)を対象に,それらの位置座標を統合し同時利用することで,高度な診断や治療を支援する研究です.たとえば,胸部のCTとSPECTの非線形画像融合(図中央)や,X線透視像とCTの組み合わせによる膝関節骨部の時系列データの取得と解析(図右)などを行っています.

4次元MRI   胸部のCTとSPECTの非線形画像融合(CT:白黒画像,擬似カラー画像:SPECT)    X線透視像とCTの組み合わせによる膝関節骨部の3次元構造と動き
4次元MRI(左),胸部のCTとSPECTの非線形画像融合(中央),膝関節骨部の3次元構造と動き(右)

菅研究室では,医療研究機関や医用機器メーカ等と連携して,従来装置では得ることができなかったり困難であった診断や治療に役に立つ情報を取得可能にする機器や手法に関する研究をしています.具体的には,磁気共鳴撮像(MRI)装置を用いた生体組織の硬さ分布測定システムの研究開発や高感度・高解像度を実現する陽電子断層撮像 (PET)装置の最適システム設計と評価,次世代PET装置用要素技術の研究開発などをしています.

MR弾性率分布画像と弾性波画像  高速撮影法による心臓MR画像
硬さが異なるファントムと弾性波画像,MR弾性率分布画像(左),高速撮影法による心臓MR画像(右)

山口研究室では,医療現場で用いられる信号や画像を解析・処理し,診断や治療を補助する手法やシステムを開発しています.特に,人体への影響が少なく,体内の様子をリアルタイムで観察できる超音波診断をメインテーマとしています.診断装置から得られた画像や信号と生体構造との関係を明確に関連付けるために,肝臓や心臓などの生体組織が持つ音響的な性質の詳細な計測,病変の進行に伴う生体構造変化の計算機シミュレーション,超音波エコー信号からの病変組織情報の抽出処理などを複合して検討することによって,様々な疾患に対する新しい“定量的な診断法”の実現を目指しています.また,X線CTなどの複数種の医用画像に対して3次元・4次元の処理を施し,治療部位の位置を特定する研究なども行っています.

肝臓中の病変組織構造の描出    可視化された右心房中の血栓
肝臓中の病変組織構造の描出(左),エコー信号解析により可視化された右心房中の血栓(右)

林研究室では,低侵襲化・機能温存外科治療に関連した医療技術の開発・解析をテーマとしています. (1)蛍光化ナノ粒子を用いた癌リンパ節転移検出法(センチネルリンパ節ナビゲーション法)の開発,(2)新しい外科手術機器の生体組織に及ぼす影響の詳細解析,(3)CT画像の3次元解析データに基づいた低侵襲化外科治療の特性解析の3つが研究の中心になっています.いずれの研究も小動物から大動物等の生体を用いた検証実験,あるいは臨床データ・検体に基づいた解析が本研究室の特徴となっています.

マウスを用いた蛍光化リンパ節トレーサーの動態解析 超音波凝固切開装置のキャビテーションによる腸管組織の損傷 鏡視下手術において損傷をきたしやすい腹部血管構築
リンパ節トレーサーの動態解析(左),キャビテーションによる腸管組織損傷(中),腹部血管構築(右)

中村研究室では,コンピュータ・メカトロニクス等の先端工学技術による外科手術支援,新しい治療法の開拓など,次世代の臨床医工学への貢献を目指し研究を行っています.内視鏡外科手術や再生医療などの低侵襲外科手術を支援する多機能手術機器・手術ロボットシステム,診断画像等の医療情報を元に治療部位への精密な誘導や危険部位の回避を実現する手術ナビゲーションシステム,手術室内情報をデジタル化/分析し治療の情報戦略を支援する手術情報システムの研究を,臨床家との協力の下に推進しています.

手術用近接覚ナビゲーション   手術情報システム
手術用近接覚ナビゲーション(左),手術情報システム(右)

中口研究室では,バーチャルリアリティと画像処理技術を使った医療訓練,医療支援システムの研究開発を行っています.医療訓練では触診や聴診といった検診訓練から,穿刺手技の訓練,そして低侵襲手術の訓練システムを実現するため,高リアリティ再現,軟性臓器の変形モデル構築,生体特性計測などのテーマに取り組んでいます.一方,医療支援のテーマとしては,まず低侵襲手術の支援としてプロジェクターカメラシステムを使って仮想的に体表を透過させる新しい手術システムを提案しています.また,計算機を使った画像解析による画像診断支援や,色彩解析による内視鏡診断支援,視診支援などにも取り組んでいます.

穿刺訓練シミュレータ  低侵襲手術訓練シミュレータ  透過型腹腔鏡下手術システム
穿刺訓練シミュレータ(左),低侵襲手術訓練シミュレータ(中),透過型腹腔鏡下手術システム(右)

川村研究室では,ロボット技術による侵襲性の低い新しい治療の実現に向け,機器開発と機能評価に関する研究を実施しています.機器開発としては,WaFLESを支援するロボットシステムとして,単孔式手術支援用機器の開発を行っている.機能評価としては,シミュレーション技術を利用し,確度の高い機器開発を実現 するためにロボット設計支援シミュレーションシステムの構築を行っています.また,計測技術の検証として,呼吸器を対象とした簡易計測システムの構築なども併せて行っています.

ロボット設計シミュレーション  WaFLES支援用ロボットシステム
ロボット設計シミュレーション(左),WaFLES支援用ロボットシステム(右)

齊藤研究室では,電磁波(電波)と人体の相互作用について研究をしています.これは,電磁波が私たちの体にあたったら,そのエネルギーはどのように吸収されるのかを調べることとや,また,電磁波のエネルギーが吸収されることによる温度上昇を積極的に利用しようとするものです.写真1は,MRI装置(左図)で女性腹部の断層画像を撮像するときに,体内で吸収される電磁波のエネルギーをコンピュータでシミュレーションした結果(右図)です.写真2は,私たちの研究室で開発した電磁波エネルギーを使ってがん患部だけを加熱して治療するための装置(アンテナ)を臨床使用しているところです.

人体頭部における電磁波エネルギー吸収量(SAR)分布評価    治療用マイクロ波アンテナ
MRI装置利用における電磁波エネルギー吸収量分布評価(左),治療用マイクロ波アンテナ(右)

高橋研究室では,医療情報を無線通信によって伝送する研究をしています.入院患者や在宅医療では医療装置を装着しているために動けない場合が数多く存在し,それによる二次的な疾患などが問題となっています.患者のQoLを向上させるために,体表または体内に付けたセンサからバイタルデータを無線で通信する研究を行っています.例えば,図1のように次世代カプセル内視鏡への無線電力伝送および画像の高伝送速度の研究を行っています.図2のようにRFIDを用いた患者情報システムや,医療機器管理システム,排尿検知システムの研究をしています.

次世代カプセル内視鏡への電力伝送    リストバンド型RFID
次世代カプセル内視鏡への電力伝送(左),リストバンド型RFID(右)

兪研究室では,以下の3項を中心に,研究をしています.1) 生体計測と解析を行い,特定動作における生体の知覚,情報処理,運動制御メカニズムの探究【実例:歩行中外乱に対する反射の計測と解析,手のリーチング動作と把握動作の計測と解析】2) 生体機能を補助する機器の開発【実例:機能的電気刺激(FES)を用いた半身麻痺患者歩行補助システムの開発,手術支援ロボットの開発】3) 生体機能補助機器を用いるリハビリテーションおよび機器の臨床評価【実例:FESを用いる上肢や下肢の集中的訓練,前腕筋電義手の臨床評価】

歩行時反射実験   筋電義手の制御実験
歩行時反射実験(左),筋電義手の制御実験(右)

中川研究室では,種々の生体計測技術やコンピュータ・シミュレーションを駆使したヒトの感覚・知覚・認知メカニズムの解明と,それらの成果に基づく福祉機器や診断技術の開発および居住環境の最適化に取り組んでいます.代表的な研究テーマとしては,(1)骨伝導知覚メカニズムの解明に基づく最重度難聴者のための新型補聴器やスマートホンの開発,(2) 耳音響放射という耳から生理的に発生する音の計測による“隠れた難聴”のメカニズム解明と診断手法開発,(3)心理生理データに基づく快適かつ高付加価値な視聴覚環境の設計,(4)ヒトの脳活動データから認知状態や意図を読み取るブレイン・マシン・インターフェース技術の開発などがあげられます.研究成果の実用化を図るために,医療機関や企業との連携も積極的に行っています.

脳磁界計測による脳機能解明   重度難聴者のための新型骨伝導補聴器   耳音響放射計測
脳磁界計測による脳機能解明(左),重度難聴者のための新型骨伝導補聴器(中),耳音響放射計測(右)
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