研究課題/領域番号 |
22K18438
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研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
中区分90:人間医工学およびその関連分野
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研究機関 | 東京大学 |
研究代表者 |
関野 正樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20401036)
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研究分担者 |
伏見 幹史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (50907938)
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研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2025年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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キーワード | 生体計測 |
研究開始時の研究の概要 |
脳磁図は神経活動を直接的かつ非接触で計測することができ、スカラー計測の脳波と異なりベクトル計測のため脳内活動源の推定精度が高い点も優れている。しかし脳から生じる磁場がサブピコテスラと極めて微弱であるため、大型のシールドルームを必要とし、応用の幅が限定されてきた。本研究では世界初のウェアラブル磁気シールドを開発し、大型のシールドルームを用いずに実験室外での脳磁図計測を実現することを目的とする。代表者らが考案した逆問題解析による複雑曲面上のコイル最適設計手法により、頭部に沿った曲面上に9個のコイル巻線を形成し、均一性および勾配線形性が高い磁場を発生させる。
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研究実績の概要 |
脳磁図は、ニューロンが集団的に発火した際に生じる磁場を、頭部の表面に置いた磁気センサで検出し、脳活動のダイナミクスを捉える手法である。従来は特殊な設備である磁気シールドルームの中で測定する必要があった。本研究では、被験者の頭部へヘルメットのように装着できるウェアラブル磁気シールドを開発し、小型磁気センサと組み合わせて脳磁図を測定できることを示す。従来のシールドとは異なり、シールド装置の中心から外れた位置にもセンサを配置する点に技術的課題があり、逆問題に基づく独自のコイル設計手法と多点同時磁場制御によって、これを解決する。環境中の磁気ノイズ発生源は比較的遠方にある場合が多いため、磁場分布の0次(均一)成分が大きな割合を占め、これをゼロにするためのコイルを設計した。ヘルメット型の支持構造の上に3個のコイルを設けて、シールドコイルを構成した。コイルの形状については、シールド内部の磁場の不均一が最小となるように最適化を行った。最適化の具体的手法として、コイルを構成する曲面の上で、仮想的なポテンシャル(流関数)を定義して、コイルが作る面電流がポテンシャルの勾配で与えられるようにした。このポテンシャルと内部空間の磁場分布との関係を、ビオ・サバール則によって得た。この関係を離散化することによって、頭部の曲面がデータによって与えられる状況にも対応させた。最小二乗法によって、均一性が最良となるポテンシャルを求め、そのポテンシャルの等高線からコイルの巻線形状が得られた。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度はウェアラブル磁気シールドの設計と理論的な最適化を計画しており、その計画を概ね順調に遂行することができた。
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今後の研究の推進方策 |
1次の傾斜磁場を発生するコイルの設計と最適化、磁気シールドコイルの制御手法の設計、脳磁図計測システムの構築と評価に取り組む。
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