研究

磁気共鳴イメージング

磁気共鳴現象に基づいて体内を画像化するMRIを用いて生体組織の物性値を画像化する研究に取り組んでいます。

MRIで直接測定されるのは物性値ではなく、その影響を受けた磁場や変位場であり、逆問題解析によってこれら場の測定データから目的の物性値分布を画像再構成する必要があります。

私の研究では、各種物性値イメージング逆問題の支配方程式の共通性に着目し、電磁気特性や機械特性を再構成するための統一的な数理手法の構築に取り組んでいます。

🔗 M. Fushimi and T. Nara, "A novel reconstruction method for magnetic resonance elastography based on the Helmholtz decomposition," Measurement: Sensors, vol. 24, p. 100539, 2022. DOI: 10.1016/j.measen.2022.100539
🔗 N. Eda, M. Fushimi, K. Hasegawa, and T. Nara, "A Method for Electrical Property Tomography Based on a Three-Dimensional Integral Representation of the Electric Field," IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 41, no. 6, pp. 1400–1409, 2022. DOI: 10.1109/TMI.2021.3139455
🔗 M. Fushimi and T. Nara, "Three-Dimensional Magnetic Resonance Electrical Properties Tomography Based on Linear Integral Equation Derived from the Generalized Cauchy Formula," Progress In Electromagnetics Research C vol. 105, pp. 147–159, 2020. DOI: 10.2528/PIERC20052101

他の医用画像技術と比較したMRIの課題として、撮像時間が長いことがあげられます。

そこで、物性値イメージングの実用性を高めるため、電気特性イメージングと磁気特性イメージングに必要な回転磁場振幅・位相および静磁場分布を単一の撮像で同時に取得可能な新規撮像シーケンスの開発に取り組んでいます。

🔗 M. Fushimi, S. Kusahata, and M. Sekino, "Multi-echo Bloch–Siegert shift method for simultaneous B1 magnitude and phase mapping," The 33rd ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition, 1112, Honolulu, USA, 2025.

MEGは、脳の電気的神経活動に伴って生じる磁場を頭部周囲に配置した磁気センサアレイで測定するニューロイメージング技術であり、てんかん診断などの臨床応用を持ちます。

私たちの研究では、測定磁場データから脳内の活動電流源の位置や範囲を同定するための数理手法や、運動中のMEG測定を可能にする計測制御システムの開発に取り組んでいます。

MEGで直接測定される頭部周囲の磁場分布から、脳内の電流源分布を逆問題推定することで、磁場の時空間パターンを眺めていても分からない脳活動に関する一次情報が復元されます。

私たちの研究では、局在しながらも一定の広がりを持った活動源を推定可能な逆問題手法の開発に取り組んでいます。

🔗 M. Fushimi, "Forward Equations and Inversion Methods in Moment Domain For focally Extended Source Identification in MEG," The 24th International Conference on Biomagnetism (BIOMAG 2026), Beijing, China, 2026.
🔗 伏見幹史, "多重極モデルに基づく脳磁図の計測・解析技術," 計測と制御, vol 65, no. 2, pp. 111-116, 2026. DOI: 10.11499/sicejl.65.111
🔗 M. Fushimi, H. Sawamura, Y. Shirota, T. Nara, M. Hatano, and M. Sekino, "Extended MEG source estimation based on multipole modeling of magnetic fields and current sources," The 23rd International Conference on Biomagnetism (BIOMAG 2024), Sydney, Australia, 2024.

近年、従来の超伝導磁力計を置き換える新規磁気センサが台頭し、大型装置に被験者を拘束することのない装着型MEG測定システムが実現されつつあります。

このとき新たな技術課題となるのが、被験者の運動に伴って磁気センサが仮想的に感じる磁気アーチファクトの補償法であり、コイルアレイの最適配置・制御による適応的磁気キャンセルシステムの開発に取り組んでいます。

🔗 伏見幹史, 藤井暉大, 関野正樹, 奈良高明, "多重極展開の座標変換に基づくウェアラブルMEG用磁気補償システム," 第41回日本生体磁気学会大会, 第41回日本生体磁気学会大会, 盛岡, 2026.
🔗 X. Cao, T. Zhu, S. Chikaki, M. Fushimi and M. Sekino, "Real-Time Active Magnetic Compensation Based on Multipole Expansion for Magnetoencephalography Under Arbitrary Motion," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 75, p. 4009315, 2026. DOI: 10.1109/TIM.2026.3701193
🔗 N. Sekiguchi, Y. Kainuma, M. Fushimi, C. Shinei, M. Miyakawa, T. Taniguchi, T. Teraji, H. Abe, S. Onoda, T. Ohshima, M. Hatano, M. Sekino, and T. Iwasaki, "Performance evaluation of a diamond quantum magnetometer for biomagnetic sensing: A phantom study," Applied Physics Letters, vol. 126, no. 19, p. 194001, 2025. DOI: 10.1063/5.0254828

MPIは、体内に導入した磁性ナノ粒子が生じる磁場を体外に配置した磁気センサで測定する医用イメージング技術であり、がんの診断や温熱治療などの臨床応用を持ちます。

私たちの研究では、MEGにように多チャンネルの磁気センサアレイで取得した磁場の空間分布情報から、体内の磁性ナノ粒子分布を高精度にイメージングする数理手法の開発に取り組んでいます。