【特集】 CMOSイメージセンサのバイオメディカル応用
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特集にあたって
Introduction

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太田淳(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授)



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CMOSイメージセンサのバイオメディカル応用概論
Introduction of CMOS Image Sensors for Biomedical Applications

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太田淳(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授)

CMOSイメージセンサの概説を行い,特にCCDとの比較を行う。次にCMOSイメージセンサの医療応用例として,人工視覚と脳内埋植デバイスについて紹介する。さらにバイオ応用として高速CMOSイメージセンサとウェットなバイオ系への応用を目指したCMOSイメージセンサベースのデバイスを考案する。

【目次】
1. はじめに
2. CCDとCMOSイメージセンサ
3. CMOSイメージセンサの動作原理
4. CMOSイメージセンサのバイオメディカル応用
5. おわりに


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人工視覚システムの現状と課題
Visual Prostheses:Status and Challenges

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寺澤靖雄((株)ニデック 研究開発本部 人工視覚研究所 技師)
太田淳(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 光機能素子科学講座 教授)

失明患者に視覚情報を伝達する人工視覚システムの研究開発は,要素技術開発や基礎研究の段階から,患者に長期間デバイスを埋植する臨床試験段階へと進みつつある。本稿では内外の研究開発状況を概観するとともに今後の方向について議論する。

【目次】
1. はじめに
2. 人工視覚システムの分類
2.1 網膜刺激型
(1) 網膜上刺激型
(2) 網膜下刺激型
(3) 脈絡膜上-経網膜刺激型
2.2 視神経刺激型
2.3 脳刺激型
3. 主要研究グループの開発状況
3.1 南カリフォルニア大学―Second Sightグループ
3.2 チュービンゲン大学
3.3 Intelligent Medical Implants社
3.4 EPIRETグループ
3.5 日本グループ
4. 今後の課題
4.1 刺激電極の高性能化
4.2 刺激電極と刺激対象の距離最小化
4.3 気密封止と気密端子
4.4 刺激パラメータと光覚の関係
5. おわりに


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脳内埋植CMOSイメージセンサ
Implantable CMOS Image Sensors for Monitoring Brain Activities

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笹川清隆(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教)
小林琢磨(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 博士研究員)
野田俊彦(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教)
徳田崇(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 准教授)
太田淳(奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授)

脳内埋植CMOSイメージセンサは,マウスなどの脳内に埋植し,高感度かつ高空間分解能で脳表面や脳深部の蛍光イメージングを可能とするデバイスである。本稿では,脳内埋植CMOSイメージセンサを概説すると共に高機能化や高分解能化,電位感受性色素を用いた電位イメージングへの適用について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 脳内埋植型CMOSイメージセンサ概要
3. ライトガイドアレイ構造による空間分解能向上
4. 電位感受性色素イメージング
5. おわりに


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神経活動イメージングデバイス
Imaging Devices for Optical Recording of Neural Activities

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市川道教(ブレインビジョン(株) 代表取締役)

電圧感受性色素を用いた神経活動の光計測法について紹介し,その計測に必要なイメージセンサーの仕様を決定する過程を数値的な根拠に基づき論じ,具体的なシリコンデバイスを設計するうえで重要なポイントについて,高速な読み出し方法およびピクセルデザインを中心に実例をあげて説明する。

【目次】
1. はじめに
2. 要求される仕様とその根拠
3. 基本設計のCMOSイメージセンサー
4. 空間解像度を向上させたCMOSイメージセンサー
5. まとめと計測例


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高速ビジュアルフィードバックによる微生物トラッキング顕微鏡
Microorganism Tracking Microscope by High-Speed Visual Feedback

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奥寛雅(東京大学 大学院 情報理工学系研究科 システム情報学専攻 助教)
石川正俊(東京大学 大学院 情報理工学系研究科 創造情報学専攻 教授)

本稿は,高速な画像処理技術に基づいて,運動する対象を顕微鏡視野内に捕捉する微生物トラッキング顕微鏡を紹介する。この顕微鏡は遊泳する微生物の大域的な運動と詳細な像とを同時に計測できるものである。その応用としてゾウリムシとホヤ精子運動計測結果を示し,さらに,三次元追跡手法とその結果,微生物運動制御への適用結果も紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 運動細胞の観察における困難
3. 微生物トラッキング顕微鏡
4. 二次元トラッキングの細胞運動計測への適用結果
4.1 ゾウリムシ
4.2 カタユウレイボヤ精子の走化性計測
5. 三次元トラッキング
6. 微生物の運動制御
7. おわりに


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高密度・高感度バイオ受光素子
Photosystem I Bio-photo Sensor Integrated with Semiconductor Circuits

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中里和郎(名古屋大学 大学院 工学研究科 電子情報システム専攻 教授)

光合成タンパク質複合体PSIの量子効率は100%であり,これを半導体集積回路と融合することにより,高密度・高感度の受光素子を実現することができる。高感度なイメージセンサが実現できれば,たとえばPETにおいて放射性同位元素の投与量を減らすことができ,患者に負担の少ない医療機器が実現できる。

【目次】
1. はじめに
2. 光合成タンパク質PSIの部品化
3. 半導体集積回路
4. 実験結果
5. 課題


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イオンイメージセンサ―ノンラベルでバイオ化学情報を画像化できる顕微鏡―
Ion Image Sensor for Label Free Bio-Observation

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澤田和明(豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 教授)

LSI技術とバイオ・イオンセンサ技術を融合することにより,バイオメディカル情報をノンラベルで画像化することができるイオンイメージセンサを実現することができた。これまでバイオ・医療関係者は可視光や蛍光画像を手がかりにさまざまな開発を行ってきたが,本技術は正しく直接,バイオ化学情報を可視化できる顕微鏡であり,彼らにとって新たなツールとなりうる。

【目次】
1. はじめに
2. 電荷転送型イオンイメージセンサの構造と原理
3. イオンセンシングの基本動作と累積動作
4. 電荷転送型pHイメージセンサの製作
5. 電荷転送型イオンイメージセンサの測定結果
5.1 画素の高感度pH計測
5.2 2次元pH分布のリアルタイム計測
5.3 光・イオン融合イメージセンサ
5.4 カリウムイオンイメージのリアルタイム計測
6. おわりに


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シリーズ 画像処理学のすすめ(5)

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工業意匠画像技術
Technology of Industrial Design Review Software

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村内達也(日本SGI(株) ビジュアライゼーション本部 マネージャー)

近年,デザインCADの欠点を補完するツールとしてデザインレビュー・ソフトウェアの存在感が増している。最新のCG技術を用いた高品質な画像を生成できるため,形状評価などの意志決定を効果的に行える。製品のデザインはその売れ行きを左右する重要な要素となる。現在ではこれらのデジタルツールを駆使して意匠設計された工業製品が市場を席巻している。

【目次】
1. はじめに
2. デザインワークフローの進化
3. CG画像基盤技術
3.1 プログラマブル・シェーダー
3.2 NURBSテセレータ
3.3 高精度アンチエイリアシング
3.4 BRDF
3.5 イメージベースド・ライティング
3.6 HDRレンダリング
3.7 PRT大域照明モデル
3.8 RTRT
4. おわりに


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Market data

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イメージセンサの市場動向
Market Trend of Image Sensor

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【目次】
1. 概要
2. 市場規模
2.1 国内生産推移
2.2 世界市場
3. 企業動向
(1) ソニー
(2) シャープ
(3) 東芝
(4) 富士フイルム
(5) STマイクロエレクトロニクス
(6) 浜松ホトニクス
(7) セイコーエプソン
(8) ローム


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INFORMATION CORNER

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(株)スギノマシン 新規開発部計画管理課
・乾式粉砕装置「ドライバースト」
・攪拌脱泡装置「ハイマージャ」
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