電磁波による生体内イメージング

【本書の特徴】 本書が扱う内容は電磁波を用いた生体内部のイメージングである。X線を使わず，携帯電話の出力電力程度の小さな装置で生体内部のイメージングができれば，医学に革新的な変化をもたらすだろう。しかし，この研究領域は難解な電波伝搬，信号処理，数値解析が絡み合い，初学者がこの領域に入るには非常にハードルが高いのが現実である。そのため，これまでの研究で得た知見をプログラムとともに公開する。電波伝搬解析や逆散乱問題を扱う場合，難解な数式から逃れることはできないが，プログラムを見てそれを実行することで，具体的な解析手法を確実に理解することができる。 本書は基礎から解説しているが，解析手法を限定し，できるだけ踏み込んだ解説を心がけた。プログラムはMATLAB上で動作する。複雑な構造のセンサやオブジェクトの解析は市販の電磁界解析シミュレータCST Studio Suiteが必要だが，これがなくても簡単な構造のセンサやオブジェクトの解析は可能である。その他，コラムを設けて研究開発のエピソードを紹介するとともに，付録を設け，本文では取り扱えなかった技術を解説する。 【各章の概要】 第1章では電磁波を用いた生体内部のイメージングの研究開発の意義と，現在の研究開発状況を紹介。第2章では理論の基本となる生体組織の電気的特性について解説。第3章では電波伝搬解析理論を説明した後，シミュレーションプログラムとその動作例を示す。複雑なオブジェクトを解析するためにCST Studio Suiteを使用するが，MATLABと連接して機能を拡張する方法も解説。第4章以降でイメージングの各論に入り，第4章では共焦点イメージングの理論とその限界について計算機シミュレーション結果に基づいて解説。第5章が本書のハイライトで，逆散乱問題の理論，MATLABとCST Studio Suiteを使用した画像再構成プログラムとその解析結果を紹介。第6章では近年注目されているマイクロ波ホログラフィの理論と画像再構成プログラムを紹介。第7章で第4章から第7章で述べた3つのイメージング手法を実装した実験システムとその実験結果を紹介し，第8章で本書のまとめと将来の展望を述べる。 【著者からのメッセージ】 本書の執筆の動機は，電磁界解析や逆散乱問題のハードルを下げ，多くの研究者・技術者がこの分野の研究開発に取り組んでほしいとの願いです。電波応用機器の開発は，機能の明確化，目標仕様決定，計算機シミュレーションによる性能予測評価，（部分）試作評価，製品設計・製造のステップを踏みます。特に機能の明確化，目標仕様決定，計算機シミュレーションによる性能予測評価が装置開発では重要なステップです。本書は初期の3つの開発ステップで大いに活用できると思います。本書の内容は生体内部のほか，地下や構造物の非破壊イメージングなど幅広い分野での活用ができます。プログラムコードもどんどん改変し，読者ご自身の研究分野にあったものにしていただきたいと願っています。