TechManage - Tech Manage 技術シーズ , 工業科学_機械TechManage - Tech Manage 技術シーズ , 工業科学_機械https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/工業科学_機械Sun, 22 Mar 2026 21:41:06 -0700http://zoho.com/sites/<![CDATA[重作業機器を用いた作業を代替する人間型ロボットハンド]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/TT-04752b
屋外の工事現場やプラント、災害現場などでの重作業をサポートする多指ロボットハンド。
​独自開発した小型軽量で高出力なアクチュエータと小型高効率リンク機構を搭載し、省エネルギー性能と高出力を両立。

期待される用途例

  • ダンピンググランマーやバイブロコンパクター等を使用した地面の締固め作業など：高い把持力と無通電保持機能により、安定した機器の把持、長時間にわたる連続作業での使用などが期待される。

Advantages

  • 高い把持力：50 kgf以上の保持力で、振動や衝撃による動作の不安定さを抑制。
  • 低消費電力：姿勢維持時の電力消費を最小限に抑え、長時間運用につながる。
  • 高い柔軟性と巧緻性：複雑な動作や細かな工具操作へ適応。

Background and Technology

労働力不足や作業効率化へのニーズが高まる中、人間の代替としてロボット技術の需要が増加している。しかしながら、現状の産業用ロボットでは、簡素な2指または3指のグリッパが使用されており、振動や衝撃を伴う電動工具をそのまま操作することは難しい。また、屋外で長時間運用する場合、電力消費が課題となる。通常のロボットハンドは姿勢を維持するだけでも電力を消費し、さらに重い物体の把持には高出力が必要で、より多くの電力を要することとなる。
発明者らのグループでは、独自開発した研究開発用プラットフォームとなる5指ロボットハンドを有しており、ハード面だけでなく、ソフト面の開発も行いながら研究を進めている。今回、これらの課題に対し、小型高効率リンク機構や機構特性を考慮した制御法などを独自開発し、それらを搭載した多指ハンドを試作した。

Expectations

  • 試作ロボットハンドにより、56.1 kg（土嚢＋グリップボール）の重量物の無通電保持を実現した。
  • 試作ロボットハンドを搭載した機構を用いて、質量 15.4 kg のハンマードリル（本体＋ダイヤンドコアピット含む）によるコンクリート板穿孔の作業を実施した。３指によるハンマードリルのグリップ部の無通電保持と１指によるトリガー操作により、穿孔できることを確認した。
  • ダンピンググランマーやバイブロコンパクターなどの工具に関する検証はまだ実証段階には至っておりません。今後、これらの検証を含む技術開発を、ご興味をお持ちいただいた企業様と共同で進めていきたいと考えております。

本ロボットハンドの活用や本研究者との連携等にご興味のある企業を探索しております。ご興味がございましたら、先ずは、研究者との面談をご提案いたしますので、技術の詳細説明とディスカッションから、スタートさせていただければ幸いです。また、研究室をご訪問いただいての、試作見学も可能です。

Patents

  • 特許7015508号、特許6982289号 など

Publication

Researchers

毛利　哲也　教授　（岐阜大学 工学部）　

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]]>Tue, 16 Dec 2025 11:12:52 +0900<![CDATA[カメラ画像で高精度ひずみ検知、電源レスの光学式センサー]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DD-05430
インフラ診断から金型測定まで　「貼るだけ・撮るだけ」のモニタリング技術

Advantages

  • 電源・配線不要の完全パッシブ計測 ：ターゲットを貼るのみ。電源確保が困難なインフラ設備や回転体でも、半永久的に設置・計測が可能
  • カメラ画像で高精度検知： 微小な変位を「回転」に増幅・変換する独自構造。従来の画像計測（DIC）を凌駕する精度と安定性を実現
  • 過酷環境への適応と低コスト化： 耐水・耐熱素材で安価に量産可能。水がかかる屋外や高温の鋳造現場など、電気式センサー不適の環境に対応

Background and Technology

構造物の安全性確保において、高精度なひずみゲージは配線や接着の手間、電源確保が障壁となり、手軽な画像計測（DIC）は精度不足（約100マイクロストレイン限界）により適用範囲が限定的であるという課題があった。特にインフラの長期監視や高温の製造現場では、既存のセンサー技術ではコストと耐久性の両立が困難であった。
本技術は、測定対象の微小なひずみ（伸び縮み）を、独自の弾性変形機構（ターゲット）内部でテコの原理を用いて増幅し、画像解析が容易な「回転運動」へ変換する。肉眼では判別不能な微小変位も、回転角という物理量に変換することで、汎用カメラでも高いS/N比で検出可能とした。これにより、電源レスかつ非接触でありながら、従来のDICでは捉えきれなかった微小領域のひずみ計測を実現している。

Current Stage & Key Data

本センサーは、被写体となるターゲットの構造そのものがアンプ（増幅器）の役割を果たす。
  • 増幅メカニズム: ターゲット内のヒンジ構造が、対象物の伸縮（ひずみ）をテコの原理で20〜50倍の変位に増幅し、表示部の回転運動に変換する。
  • 精度検証: 従来のDICと比較し、計測値のばらつき（標準偏差）を約1/5に低減。DICではノイズに埋もれる微小ひずみ領域においても、理論値に追従する正確な計測を実証済みである。

【想定アプリケーション】

  • インフラ劣化診断（橋梁・トンネル・ビル） 常時給電が不可能な場所への設置。数ヶ月に一度、遠隔カメラやドローン、作業員のスマホで撮影し、経年による剛性変化を定量診断する。
  • 鋳造金型・回転体の測定 高温（アルミダイカスト等）や冷却水がかかる環境、回転体など、電気式センサーや配線が設置できない箇所の熱ひずみ・変形モニタリング。

Partnering Model

本技術は原理検証を完了し、実環境への適用フェーズへ移行している。 現場実装に向けた耐久性評価やシステム最適化などの実用化プロセスを、共同研究を通じて共に推進できるパートナーを募集する。

インフラ点検・維持管理企業

 「目視点検の定量化」や「電源のない場所での長期モニタリング」などの課題に対し、本技術を適用した実証実験（PoC）を通じて、巡回点検のDX化・省人化システムを共同構築したい企業 
製造・成形メーカー 

高温や水濡れ環境のため諦めていた測定ニーズに対し、現場環境に即したターゲットの試作・評価を共同で行い、金型等のひずみ計測を実現したい企業 

Patents

特開2024-42174

Researchers

天谷 賢治（ 東京科学大学　 工学院 システム制御系 ,教授）　

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]]>Wed, 03 Dec 2025 11:19:45 +0900<![CDATA[看護実習用人形揺動装置]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/BK-05251
看護実習に用いる乳幼児などを模した人形において、載せるだけで人形を乳幼児のように揺動させ、泣き声を発する揺動装置

Advantages

  • 臨場感のある実習が可能
  • 既存の実習用人形に適用可能
  • 簡易な機構であり低コストで製造できる装置

Current Stage and Key Data

  • 試作装置を用いて、実際に看護実習を行ったところ、実習生も「臨場感があり、実習に有用」との感想
    ※お問い合わせいただければ実際の使用時の動画をお見せできます。

Partnering Model

本装置の製造・販売パートナーおよび使用を希望する看護大学・専門学校などを募集
  • パートナー候補例：看護実習モデル企業、看護製品企業、医療シミュレーター企業、看護大学・専門学校

Background

従来から、乳幼児や子どもを模した人形モデルを用いて看護実習や医療実習が行われている。より臨場感のある看護実習や医療実習を行なうためには、現実の子どもに近い人形モデルを用いることが好ましい。しかしながら、従来の人形は、実際の乳幼児とは異なり、静止した状態であるため、臨場感のある実習を行なうことが難しかった。このような課題は、乳幼児を対象とする実習に限らず、乳幼児よりも大きな子どもを対象とする実習についても同様であった。また、内部に自動機構を設けた動く人形は、製造に要するコストが非常に高く、実習の現場に導入することが困難であった。そのため、簡易な機構によって臨場感のある状態で実習できるモデルが求められていた。
本装置は、従来の動かない実習人形を所定の位置に載せるだけで、実際の乳幼児のような動きや泣き声を再現でき、より臨場感のある状態を再現することができる。本装置は、乳児看護実習で用いられる多くの人形モデルに適用可能で、簡易な機構であり低コストで製造できるため、多くの看護実習の現場に配備されることが期待される。

Patents

  • 特許出願済み（未公開）

Researchers

前田由紀　准教授（東海国立大学機構　岐阜大学医学部看護学科）
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]]>Thu, 27 Nov 2025 16:36:01 +0900<![CDATA[電流センサレス・周波数固定を実現するAC-DCコンバータ新制御]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DD-05365
予測制御によりインダクタ電流センサが不要！全動作域でのZVSを達成

Advantages

全負荷域での高効率化
独自の予測制御により、軽負荷から全負荷まで理想的なゼロ電圧スイッチング（ZVS）を維持。電力変換損失を極限まで低減

部品コスト削減と小型化
インダクタ電流センサが不要なため、部品コストと実装面積を削減。周波数固定動作によりEMIフィルタなど受動部品の最適化・小型化も可能

高い設計自由度と信頼性
故障の原因となりうる物理的なセンサを排除し、システムの信頼性が向上。半導体デバイスの選択自由度も高まり、SiC/GaNの性能を最大限に引き出す

Background and Technology

AC-DCコンバータでは、電力変換効率と力率を改善するPFC（力率改善）回路が不可欠である。従来のPFC回路はダイオードブリッジでの導通損失が課題であったため、その対策としてブリッジレスPFCが開発されたが、これにはハードスイッチングによる大きなスイッチング損失という新たな課題がある。
このスイッチング損失を解決するZVS（ゼロ電圧スイッチング）技術として臨界モード制御が存在するが、「スイッチング周波数が変動しEMIフィルタが大型化する」「電流検知用のセンサが必須で、コストや信頼性に課題がある」といった問題があった。
本技術は、これらの課題を解決する、予測的なZVS制御方式である。インダクタ電流がゼロになった後、物理的なセンサで検知するのではなく、回路の状態から理論的に最適な休止期間を計算し、能動的に挿入する。この予測制御により、これまで必須であった電流センサを完全に不要とする「センサレス化」と、周波数変動問題の解決を両立。全動作領域で安定かつ高効率なZVS動作を可能にした。

Data

本技術の核心は、インダクタ電流（iLac）がゼロになった後、意図的に休止期間（共振期間 nT2）を設ける点にある。概念図（右図）が示すように、この期間中にデバイス電圧（Vsl）が共振によって自然にゼロに到達する。本技術はこのゼロになるタイミングをセンサを使わずに予測計算し、次のスイッチングをオンさせることで、理想的なZVSを達成する。休止期間（nT2）の長さを調整することで、スイッチング周波数を一定に保ったまま、出力電力を自在に制御できる。



Expectations

本技術は、サーバー電源、太陽光発電用パワーコンディショナ、EV用車載充電器（OBC）など、あらゆるAC-DCコンバータの性能を根底から引き上げるポテンシャルを秘めている。
核となる制御アルゴリズムは完成しており、この制御技術の実用化にむけて、半導体メーカー、制御ICメーカー様、各種電源メーカーなどと、製品への最適化を行う共同研究開発や、制御ICへの組み込みを想定した技術ライセンスなど、柔軟な連携を希望する。

Patents

特許出願中

Researchers

磯部 高範 (筑波大学 数理物質系 准教授)


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]]>Tue, 04 Nov 2025 15:32:29 +0900<![CDATA[電力相殺方式による、全負荷域ZVS対応DABコンバータ]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DD-05332
軽負荷時の騒音問題を解決し高効率を両立。EV車載充電器や半導体変圧器に最適

Advantages

全負荷域での高効率動作: 
ゼロ負荷に至るまでZVS（ゼロ電圧スイッチング）を維持し、変換効率の低下を防ぐ。特に、従来制御ではハードスイッチングとなっていた軽負荷時において効率が向上

静粛性の実現: 
スイッチング周波数を一定に保つため、従来のバーストモードで課題であった可聴域の騒音発生を回避。EV充電器やV2H機器に最適

システムの小型・軽量化: 
スイッチング損失が低減されるため、より高いスイッチング周波数での設計が可能となり、トランスの小型化が可能

Background and Technology

EV車載充電器や半導体変圧器（SST）で中核となるDABコンバータは、ZVSによる高効率化が期待される一方、「軽負荷時にZVSが成立せずスイッチング損失が増加する」と、その対策である「間欠運転時の騒音発生」という二律背反の課題を抱えている。

本技術は、1スイッチングサイクル内に意図的に逆方向へ電力を送る「電力相殺期間」を導入する制御方式である。この期間中、送電側ブリッジの全スイッチをオフにすることで、インダクタと半導体スイッチの寄生容量との間で共振を発生させ、インダクタ電流の極性を反転させる。この電流反転によって一時的に逆方向の電力を生成し、順方向の電力を相殺する。これにより、ZVSの維持に必要な電流を常に流し続けながら、平均の伝送電力をゼロ近くまで自由に制御することを可能にした。

さらに、電力相殺時の不要な導通損失を最小化するため、ZVS達成に必要な電流値がより小さい「低圧側ブリッジ」のスイッチングを積極的に活用するアプローチにより、コンバータ全体の損失を抑制する。

Data

3.3kW級のDABコンバータ（高圧側3.3kV SiC-MOSFET使用）で実証

劇的な損失抑制効果: 
従来SPS制御では損失が急増する1.3kW以下の軽負荷領域でも、本技術は損失の増加を抑制し、高効率を維持

損失最小化の鍵: 
ZVSに必要な電流が小さい低圧側デバイス（0.24A）の特性を最大限に活用することで、電力相殺時の不要な損失を最小化（高圧側は0.75A）

Expectations

本技術は、EV用車載充電器（OBC）、V2G/V2Hシステム、半導体変圧器（SST）、データセンター用電源など、静粛性と軽負荷効率が同時に求められる最先端分野の製品性能を根底から引き上げるポテンシャルを秘めている。
基本原理は確立されており、今後は具体的な製品への実装を目指す段階である。企業の製品に本制御技術を適用するための最適化や、制御アルゴリズムを実装したICの共同開発、または本技術のライセンス契約など、関心のある企業様との連携を強く希望する。

Patents

特許出願中

Researchers

磯部 高範 (筑波大学 数理物質系 准教授)


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]]>Tue, 04 Nov 2025 14:40:44 +0900<![CDATA[軽負荷時損失を削減するDC-DCコンバータの間欠運転制御]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DD-04903a
EV車載充電器や半導体変圧器（SST）に最適で軽負荷効率を向上

Advantages

軽負荷時効率の向上
間欠運転からの復帰時に発生するハードスイッチング損失を、ZVSでほぼ完全に排除。
デバイス総損失の約17%低減による、システム全体の効率改善

装置の小型・軽量・低コスト化
電力損失の低減による発熱抑制。冷却機構の小型化による、装置全体の小型化、軽量化、コストダウンの実現

高い信頼性と自由な高効率化設計
ソフトスイッチングによる半導体へのストレス低減と、システムの長寿命化。寄生容量の大きい（低オン抵抗の）デバイス採用を可能にする、高い設計自由度

Background and Technology

EVの充電プロセスやSSTが担う電力系統の安定化など、多くの最先端分野では軽負荷状態での運転が長い。この軽負荷時の効率を改善する「間欠運転」は、運転再開時に高い電圧がかかった状態でスイッチをオンする「ハードスイッチング」を引き起こし、大きな損失とデバイスへのストレスが課題であった。
本技術は、これまで損失の原因とされてきた半導体デバイスの「寄生容量」と回路のインダクタンスが起こす自然な「LC共振」を、そのタイミングを精密に制御することで逆手に取り、この課題を解決する。
休止期間の終了時に、このLC共振でデバイス電圧がゼロになる瞬間を予測し、そのタイミングでスイッチをオン。これにより、運転再開時の理想的なZVSを確実にする。

Data

  • 全損失比較
    従来SPS制御（黒線）では1500W以下の軽負荷領域で逆に損失が増加してしまうのに対し、本提案手法（赤線）では出力電力の低下に伴い、損失も順調に低減
  • 損失解析
    1200W出力時において、本技術（n=2.5）を適用時に、ハードスイッチング時に発生する寄生容量由来の損失（Eoss, Eqoss）が劇的に低減され、デバイスの総損失が82.0Wから67.8Wへと、約17%削減

Expectations

本技術は、EV用車載充電器、V2G/V2Hシステム、半導体変圧器（SST）、エネルギー貯蔵システム（ESS）など、脱炭素社会を支える基幹製品の性能向上に貢献すると考えられる。
核となる制御アルゴリズムは完成しており、実験による有効性も実証済みである。貴社の製品に本技術を最適に実装するための共同研究開発や、完成されたコア技術としての技術ライセンスなど、柔軟な連携を希望する。

Patents

特開2025-3188

Researchers

磯部 高範（筑波大学 数理物質系 准教授）


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]]>Wed, 29 Oct 2025 13:55:52 +0900<![CDATA[小型マイクのノイズを大きく減らす光制御センサ回路]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-04609b
・センサ変換回路のノイズ（熱雑音）をターゲットとした新しいノイズ対策技術
​・光電センサと積分器（DCサーボ）の閉ループ制御により、センサ回路のノイズ、特に熱雑音の発生帯域を音声帯域から分離し、高感度かつ超低ノイズな信号出力を実現

Advantages

  • センサ回路に光源（LED）と光センサ（フォトダイオード）の二つを追加した、ノイズ低減回路を提案
  • 本技術により、センサのSN比を大幅に改善。安価なセンサ（例えば、小型マイク）がプロユース（例えば、スタジオマイク）レベルのクリアな音質
  • センサの大型化や高電圧駆動が不要なため、モバイル、IoT機器の小型・薄型設計にノイズ性能を組み込み可能
  • マイクロフォン以外にも、圧電/圧力/加速度センサなど、静電容量型と見なせるセンサの精度向上に適用可能

Background and Technology

  • マイクロフォン、特に小型のECM（エレクトレットコンデンサマイクロフォン）やMEMSマイクなどの静電容量型センサは、小型化が進むにつれてノイズ性能の限界に直面している。この限界の主要因は、センサ自体ではなく、センサからの微弱な信号を処理する変換回路（プリアンプ）の抵抗体が発する「熱雑音」である。従来のノイズ対策は、センサ出力後の信号処理や、センサの大型化、高電圧駆動に依存しており、モバイル機器やIoTデバイスへの適用が困難であった。 

  • 本技術は、この熱雑音の発生メカニズムを逆手に取り、抵抗体を超高インピーダンスの光電センサに置き換え、光制御フィードバック（DCサーボ）によってセンサの直流バイアスを安定させた。これにより、熱雑音を音声帯域外の低周波域にシフトさせ、集積化・小型化を可能にしつつ、プロ用機器に匹敵する超低ノイズ性能を実現する画期的な技術となる 。

Partnering Model

  • 筑波大学では、本発明にご興味があり、本発明のライセンス導入による製品化・実用化を検討していただける企業様を募集しています。また、筑波大学との秘密保持契約締結による未公開データ等の開示のほか、研究者と直接のご面談によるお打ち合わせも可能です。
  • 技術および発明の一定期間における有償評価（MTA契約／優先交渉権等のオプション設定）についてご検討いただくことも可能です。

Patents

特許出願中（未公開）

関連特許あり（こちらをクリックいただくと、関連技術をご参照いただけます）

Researchers

筑波大学　システム情報系　海老原 格　准教授


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]]>Sat, 25 Oct 2025 12:45:21 +0900<![CDATA[天井吊り下げ型空間移動マニピュレータ]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-05198

Advantages

  • 水平移動機構と鉛直伸縮機構を組み合わせた、省スペースな吊り下げ型空間移動マニピュレータ
  • 空間の有効活用:天井から吊り下げる構造により、床面が開放され、人間が自由に作業できる広大な空間を確保でき、また天井が高いところでも設置できる。
  • 既存インフラとの高い親和性: 工場に存在するクレーンやホイストの天井移動機構をそのまま活用できるため、導入コストを抑え、スムーズなシステム構築が可能。

Background and Technology

ジェットエンジンやNC加工機などの大型で少量生産の機械製造現場では、現在は作業者がクレーン・ホイスト等を用いて作業を行っており、危険で手間のかかることが問題となっている。このため産業用ロボットの導入が検討されているが、これらの複雑な工程の全自動化は、コスト増大に繋がり現実的ではない。また、大型製品製造ではロボットの作業空間確保が不可欠な一方で、ロボット自身の占有スペースが人間の作業空間を制限するという問題がある。これまで研究されているワイヤ型空間移動マニピュレータやドローンを用いた空間移動マニピュレータはワイヤが通過する占有空間の大きさや移動時の振動、高い消費電力の問題がある。
これらの課題を解決するため、筑波大学システム情報系の相山教授らはマニピュレータを天井から吊り下げる新しい手法を提案する。この手法では、天井に設置した機構による水平移動と、巻き取り式伸縮機構による鉛直方向の伸縮を組み合わせることで、機構自身の占有空間を最小限に抑え、広範な可動域を確保する（図1、2）。特に、大型製品を扱う場合でも従来のように大きな可動範囲を持つ大型マニピュレータは不要となり、必要最小限の大きさを持つロボットを空間移動させることで簡単に実現できる。さらに、電源を直接天井から供給できるため、配線の自由度も高く、効率的なシステム構築が可能である。これにより、床面が開放され、人間が安全かつ効率的に作業できる空間を確保できる。また、既存のクレーン設備も活用でき、導入コストを抑えつつ、大型製品の加工・組立、人との協働作業、クレーンとの協調搬送など、多様な用途での実用化が期待される。 

Expectations

筑波大学では、本技術にご興味がある製造業やシステムインテグレーターの企業様や物流・倉庫企業様を探しています。筑波大学との秘密保持契約締結による未公開データ等の開示のほか、研究者との直接のご面談によるお打合せも可能ですので、お気軽にお問合せください。

Patents

特許出願中（未公開）

Researchers

相山　康道　教授　（筑波大学　システム情報系）

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]]>Fri, 29 Aug 2025 16:42:54 +0900<![CDATA[カメラレスで柔軟体形状を即座に検出・制御]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DD-05190
暗所・障害物でも安定、装置の簡素化と高精度制御を同時実現

Advantages

  • 高速演算で柔軟体の形状変化をリアルタイム検出し、即座に画面表示が可能
  • 視覚センサ不要で、1つのセンサのみで柔軟体全体の形状を簡易に推定
  • 暗所や障害物下でも安定した検出が可能で、環境に左右されない

Background and Technology

従来ロープやワイヤなどの柔軟体の形状検出はカメラや視覚センサに依存していたが、これらは装置の複雑化やデータ処理負荷、さらに障害物や暗所での検出困難といった課題があった。
本技術は、柔軟体の一端に設置した6軸カ覚センサから取得した荷重・トルク情報を基に、柔軟体の形状をリアルタイムで推定・制御する新しい手法である。カメラを使用せず、センサ1つで形状を高精度に推定できるため、低コストかつ省スペースであり、環境要因にも強い特長がある。
この技術は、ロボティクスやクレーン制御、ドローン物流における吊下物制御など、幅広い応用が期待できる。

Data

①基本デモ_力覚によるリアルタイム形状推定

②すくい上げ 柔軟なヘラを操る接触作業

③鍵穴の開錠_感触を頼りにした精密操作

④超柔軟体_超多関節対の複雑形状の把握

⑤クレーン制御_高速揺れ止め制御

Expectations

本技術は、以下の分野での実用化が期待されており、協業いただける企業様を募集しています。ライセンス導入はもちろん、共同研究やPoC（概念実証）からのご相談も可能です。
ご関心をお持ちの企業様は、発明者との面談も含めお気軽にお問い合わせください。

＜実用化先＞
●産業用ロボットのロボットアーム
柔軟なロボットアームの形状推定により、鍵開けやスクーピングなど精密な作業が可能に。衝突時の衝撃緩和による安全性向上にも貢献

●クレーンの振動抑制
クレーンや吊り上げ装置のワイヤ揺れをリアルタイムで検知・制御。重心推定を活用し、振動を効果的に抑制

●ドローン輸送時の揺れ制御
ドローン輸送時の吊り荷の揺れを制御し、安定した飛行を実現。長距離輸送の安全性向上に寄与

Patents

特許6558727号,　特開2023-183003,　特許出願中(2023年12月)

Researchers

望山洋先生（筑波大学,システム情報系,教授）

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]]>Wed, 06 Aug 2025 11:40:55 +0900<![CDATA[深層学習を用いた圧縮センシング画像再構成技術]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-02355c

Summary

  • 深層学習と圧縮センシング画像再構成を組み合わせることで、高画質の画像を合成することができる技術
  • 従来の深層学習（CNN）で必要な劣化画像と正解画像のセットが不要
  • 少ないCT画像からの再構成でもノイズの少ない高画質な画像を実現
  • 本技術を貴社CT装置に組み込んでみませんか？

Background and Technology

被検体の被曝量を低減するために、CTスキャンの回数を減らすスパースビューCTや、照射するＸ線を減らしてスキャンする低線量ＣＴが利用されている。一方、こうした特殊CTの再構成画像にはストリークアーチファクトというノイズが発生し、品質が低いものとされてきた。そこで、機械学習を用いた画質の改良技術が開発されている。これは、通常のCTで撮影したデータをもとにした正解画像と、特殊CTで撮影した低画質画像のペアを畳み込みニューラルネットワークに学習することで、低画質画像から正解画像へ「変換」する機械学習モデルを作るというアイディアだ。しかし、一般に、膨大な数の劣化画像と正解画像のペアを準備する必要があり、開発コストが膨大になると予想される。

そこで、筑波大学の工藤教授は、深層学習による画質変換器をより少ないコストで学習する技術を開発した。まず、本技術は、通常のCTで撮影したデータをもとに、特殊CT（スパースビューCTなど）で撮影したデータに変換するシミュレーション技術を持つ。これにより学習用の低画質画像を用意する必要がなくなる。さらに本技術は、変換して作った低画質画像のデータに対して圧縮センシングをつかった画像再構成を施した学習用データを作り出す。本技術では、その再構成画像と正解画像をペアにしたデータを使った機械学習により、画質向上効果に優れた変換モデルを作成することに成功した。これにより、階段状アーティファクトは除去され、滑らかな濃度変化は保存され、画質が非常に優れた我僧再構成が可能になる。本技術により、スパースビューCTや低線量CTにおいても非常に高画質の画像が生成でき、患者や被検体の負担の少ない高性能CT装置の開発が期待される。なお、工藤教授は圧縮センシングを用いた画像再構成のアルゴリズムを独自開発しており（※）、これは類似の従来技術と比べて高い再現性を持つことがわかっている。

より詳しい技術説明をご希望でしたら、開発者のホームページや講義動画をご覧ください。

Data

  • 上図のように、スパースビューCT（64方向投影データ）で撮影し、フィルター補正逆投影（FBP）法及び本手法（非局所トータルバリエーション（TV）＋深層学習（畳み込みニューラルネットワーク：CNN））で再構成させたところ、FBP法ではMSE値とSSIM値がそれぞれ1022.02及び0.58であるのに対し、本手法は37.68及び0.90であり、画質が大きく改善したことを確認した。なお、上図の「原画像」は通常CT撮像に対しFBP法を用いて再構成した画像である。

Expectations

本技術を採用したCT装置（医療用、歯科用、工業非破壊検査用を問わず）の開発・製品化にご関心がある企業様を探しています。筑波大学が提供する技術をもとに、高画質・高速・低被曝なスパースビューCTの画像再構成を導入しませんか？　技術詳細の提供をご希望でしたら、上記の講義動画をご覧になった上で、弊社へお知らせください。開発者との直接のご面談によるお打合せの機会を提供いたします。技術導入に当たっては、参考となるプログラムの提供や開発者によるレクチャーに関する契約（有料）をご相談できます。
機械学習を使った高性能再構成の他、圧縮センシングを用いた高性能再構成や、スパースビューCT・インテリアCTなど特殊なCT向けの画像再構成技術もございます。合わせて、以下のページもご覧ください。

Patents

特許登録済み　WO2021/182103

Researchers

工藤 博幸　教授　（筑波大学　システム情報系）　


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]]>Wed, 28 May 2025 13:24:47 +0900