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おもな研究分野・業績

骨の中の超音波伝搬関連 (骨粗鬆症診断装置のための)

新しい超音波骨粗鬆症診断装置の開発のため,骨を構成している「皮質骨」「海綿骨」「骨髄」等の特徴を実測および3次元音波伝搬シミュレーションを活用して詳細に検討している。

Simulation Result (a) Simulation Result (b)
音波伝搬シミュレーションの例(3次元シミュレーションの断面図)。図中の下部から凹面状に超音波を照射している。円柱状に切り出した海綿骨(スポンジ状の骨)の中を音波が複雑に伝わっている様子が見て取れる。これらのシミュレーションによって得られた知見は新しい骨粗鬆症診断装置の設計に役立てられる。
Hirofumi Taki, Yoshiki Nagatani, Mami Matsukawa, Hiroshi Kanai, and Shin-ichi Izumi, "Fast decomposition of two ultrasound longitudinal waves in cancellous bone using a phase rotation parameter for bone quality assessment: Simulation study," The Journal of the Acoustical Society of America, Vol.142, No.4 (2017) pp. 2322-2331.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Yoshiki Nagatani, Séraphin Guipieri, Vu-Hieu Nguyen, Christine Chappard, Didier Geiger, Salah Naili, Guillaume Haїat, "Three-dimensional Simulation of Quantitative Ultrasound in Cancellous Bone using the Echographic Response of a Metallic Pin," Ultrasonic Imaging, Vol.39, No.5 (2017) pp.295-312.
Peer Reviewed [→外部リンク]
長谷芳樹, "骨中の超音波伝搬のシミュレーション," 超音波TECHNO 2017.9-10. Vol.29 No.5 (2017) pp. 52-56.
解説記事 [→外部リンク]
Toshiho Hata, Yoshiki Nagatani, Koki Takano, and Mami Matsukawa, "Simulation study of axial ultrasonic wave propagation in heterogeneous bovine cortical bone," The Journal of the Acoustical Society of America, Vol.140, No.5 (2016) pp. 3710-3717.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Séraphin Guipieri, Yoshiki Nagatani, Romain Bosc, Vu-Hieu Nguyen, Christine Chappard, Didier Geiger, and Guillaume Haïat, "Ultrasound Speed of Sound Measurements in Trabecular Bone Using the Echographic Response of a Metallic Pin," Ultrasound in Medicine and Biology, Vol. 41 (2015) pp. 2966-2976.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Hirofumi Taki, Yoshiki Nagatani, Mami Matsukawa, Katsunori Mizuno, and Toru Sato, "Fast characterization of two ultrasound longitudinal waves in cancellous bone using an adaptive beamforming technique," The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 137 (2015) pp. 1683-1692.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Shigeaki Okumura, Aya Kita, Hirofumi Taki, Yoshiki Nagatani, Mami Matsukawa, and Toru Sato, "Application of spatial domain interferometry with the Capon method to transcranial Doppler ultrasonography: a simulation study," Advanced Biomedical Engineering, Vol. 4 (2015) pp. 73-79.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Keith Wear, Yoshiki Nagatani, Katsunori Mizuno, and Mami Matsukawa, "Fast and slow wave detection in bovine cancellous bone in vitro using bandlimited deconvolution and Prony's method," The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 136 (2014) pp. 2015-2024.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Isao Mano, Kaoru Horii, Fuminori Fujita, Yoshiki Nagatani, Mami Matsukawa, and Takahiko Otani, "Influence of the Circumferential Wave on the Fast and Slow Wave Propagation in Small Distal Radius Bone," Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 53 (2014) 07KF07.
Peer Reviewed [→外部リンク (PDF無料公開)]
Yoshiki Nagatani and Ryosuke O. Tachibana, "Multichannel Instantaneous Frequency Analysis of Ultrasound Propagating in Cancellous Bone," The Journal of the Acoustical Society of America, Vol.135, No.3 (2014) pp. 1197-1206.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Yoshiki Nagatani, Katsunori Mizuno, and Mami Matsukawa, "Two-wave behavior under various conditions of transition area from cancellous bone to cortical bone," Ultrasonics 54 (2014) pp. 1245-1250.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Atsushi Hosokawa and Yoshiki Nagatani, "Effect of Cortical Bone Layer on Fast and Slow Waves in Cancellous Bone: Investigations Using Stratified Models," Japanese Journal of Applied Physics, Vol.51 (2012) pp. 07GF19-1-5.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Amber Nelson, Joseph Hoffman, Christian Anderson, Mark Holland, Yoshiki Nagatani, Katsunori Mizuno, Mami Matsukawa, and James Miller, "Determining attenuation properties of interfering fast and slow ultrasonic waves in cancellous bone," Journal of the Acoustical Society of America, Vol.130, No.4 (2011) pp. 2233-2240.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Katsunori Mizuno, Yoshiki Nagatani, Keisuke Yamashita, and Mami Matsukawa, "Propagation of two longitudinal waves in a cancellous bone with the closed pore boundary," Journal of the Acoustical Society of America, Vol.130 (2011) EL122-127.
Peer Reviewed [→外部リンク (PDF無料公開)]
Katsunori Mizuno, Keisuke Yamashita, Yoshiki Nagatani and Mami Matsukawa, "Effect of boundary condition on the two wave propagation in cancellous bone," Japanese Journal of Applied Physics, Vol.50 (2011) 07HF19-1-5.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Sho HASEGAWA, Yoshiki NAGATANI, Katsunori MIZUNO, and Mami MATSUKAWA, "Wavelet Transform Analysis of Ultrasonic Wave Propagation in Cancellous Bone," Japanese Journal of Applied Physics, Vol.49 (2010) 07HF28.
Peer Reviewed [→外部リンク]
松川真美,水野勝紀,長谷芳樹,細川 篤, "超音波による定量的な骨評価に向けて -海綿骨中の縦波超音波伝搬挙動の解明-," 電子情報通信学会 Fundamentals Review, 第3巻, 第4号 (2010) pp. 47-52.
解説記事 [→外部リンク (PDF無料公開)]
Yoshiki NAGATANI, Katsunori MIZUNO, Takashi SAEKI, Mami MATSUKAWA, Takefumi SAKAGUCHI, and Hiroshi HOSOI, "Propagation of Fast and Slow Waves in Cancellous Bone: Comparative Study of Simulation and Experiment," Acoustical Science and Technology, Vol.30, No.4 (2009) pp. 257-264.
Peer Reviewed [→外部リンク (PDF無料公開)]
Yoshiki NAGATANI, Katsunori MIZUNO, Takashi SAEKI, Mami MATSUKAWA, Takefumi SAKAGUCHI, and Hiroshi HOSOI, "Numerical and Experimental Study on the Wave Attenuation in Bone - FDTD Simulation of Ultrasound Propagation in Cancellous Bone -," Ultrasonics, 48 (2008) pp. 607-612.
Peer Reviewed [→外部リンク]
長谷芳樹・今泉宏隆・松川真美・大谷隆彦, "海綿骨中の音波伝搬解析 =X線CTモデルを用いた3次元FDTDシミュレーション=," 超音波TECHNO 2007.5-6. Vol.19 No.3 (2007) pp. 53-57.
解説記事 [→外部リンク (登録後無料ダウンロード可)]
Yoshiki NAGATANI, Hirotaka IMAIZUMI, Takashi FUKUDA, Mami MATSUKAWA, Yoshiaki WATANABE, and Takahiko OTANI, "Applicability of FDTD method on the wave propagation in the cancellous bone," Japanese Journal of Applied Physics Vol.45, No.9A (2006) pp. 7186-7190.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Pascal Laugier, Guillaume Haiat (Eds.) et al., "Bone Quantitative Ultrasound," Springer (ISBN: 978-94-007-0016-1) (2010) Chap. 11.
書籍 [→外部リンク] [→Kindle Edition]
人体内の音波シミュレーション関連

上述のシミュレーション技術を応用し,人体の3次元モデル内の音波伝搬のシミュレーションも試みている。精密・正確なシミュレーションが実現すれば,医療・福祉・工学分野での活用,医療機器開発における新しい知見の提供,医師・検査技師のトレーニング用途,運動の効果の推定など,様々な分野での応用が期待される。

Simulation Result (DEMOHB Male) Simulation Result (DEMOHB Female)
歩行を想定し,踵(かかと)の下からパルス上の音波を照射したときの例。左が男性モデル,右が女性モデル(ともに3次元)。
膝の部分で音響管(音を伝搬させる管)のような挙動が見られる。
日本音響学会編,“音響キーワードブック”(コロナ社,2016年)(ISBN: 978-4-339-00880-7)(「人体の音響モデル」の項目だけ執筆担当)
書籍 [→外部リンク]
長谷芳樹, "人体の音響モデル," 超音波TECHNO 2014.11-12. Vol.26 No.6 (2014) pp. 16-20.
解説記事 [→外部リンク]
Yoshiki Nagatani, Isao Mano, and Mami Matsukawa, "Estimation of Wave Propagation inside Human Body while Walking and Running - Measurement of Vibration on Body Surface and 3-D Simulation," Abstract Book of IEEE International Ultrasonic Symposium 2013 (2013) IUS1-PD4-1. Proceedings
Yoshiki Nagatani, "Long-Distance Propagation of Ultrasound in Human Body - Experimental and Numerical Study using 3-D Elastic Human Model," Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics, Vol.33 (2012) pp.501-502. Proceedings
Yoshiki Nagatani and Masashi Saito, "Behaviour of Ultrasonic Wave Propagation in Human Body - Investigation of Experimental and Simulated Data using 3-D Elastic Human Model," Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics, Vol.32 (2011) pp. 397-398. Proceedings
Yoshiki NAGATANI, Atsushi HOSOKAWA, Takefumi SAKAGUCHI, Mami MATSUKAWA, and Yoshiaki WATANABE, "Introduction of “Digital Elastic Model of Human Body” for 3-D FDTD Simulation - Elastic Wave Propagation in Human Body -," Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics, Vol.29 (2008) pp. 471-472.
Proceedings [→外部リンク]
音波伝搬シミュレーション技術関連

近年の計算機の急速な進歩により,これまで困難であった計算が次々と実現可能になってきている。計算機の並列化やアルゴリズムの改良などにより,大規模・複雑なモデルのシミュレーションや,計算結果の可視化手法の検討などをおこなっている。

64GB
現在用いている計算機(同志社大学との共同研究)。高速な CPU と大容量のメモリを搭載している。写真には写っていないが,用途によっては GPU を用いてより高速に計算をおこなえる場合もある。
長谷芳樹, "WebVR と WebGL で3次元音場を視る," 日本音響学会関西支部 第18回若手研究者交流研究発表会 (2015).
豊田政弘編,“FDTD法で視る音の世界 (音響サイエンスシリーズ 14)”(コロナ社,2015年)(ISBN: 978-4-339-01334-4)(第5章および付録B,Cを執筆担当)
書籍 [→外部リンク]
Yoshiki NAGATANI, Takefumi SAKAGUCHI, and Hiroshi HOSOI, "FDTD Simulation Considering Viscous Damping with Frequency Dispersion - An Approach of RAM-Saving Algorithm -," Proceedings of Symposium on Ultrasonics Electronics, Vol.28 (2007) pp. 403-404.
Proceedings
長谷芳樹・村上雅英・原康人・渡辺好章, "並列化によるFDTD 法の演算高速化について," 電子情報通信学会技術研究報告(超音波), US2004-83 (2005) pp. 1-4.
Proceedings [→外部リンク]
原康人・坂本眞一・長谷芳樹・渡辺好章, "熱の影響による音圧変化を考慮した時間領域有限差分法シミュレーション - 温度勾配のある細流路を通過する音波について -," 日本音響学会誌 第63巻 12号 (2007) pp. 701-707.
Peer Reviewed [→外部リンク]
音声・聴覚関連

その他,重度難聴者のための骨導超音波補聴器の聴取メカニズムの解明や信号処理手法の開発,音声聴取実験用の音声データベースの校正や音声聴取時の聴覚メカニズムの研究,高齢者にとって会話の聞き取りやすい音環境の評価手法開発などもおこなっている。

BCUHA
中川(産業技術総合研究所)らによって開発された骨導超音波補聴器の試作機。本体は通常の補聴器と同等のサイズであり,これに超音波振動子が接続されている。(画面左のPDAは各種信号処理等の調整用で,補聴器装用時には不要である。)
超音波補聴器は人工内耳の手術等が不要であり,重度難聴者の QOL 改善に大きな期待が持たれる。
Tadao Okayasu, Tadashi Nishimura, Seiji Nakagawa, Akinori Yamashita, Yoshiki Nagatani, Yuka Uratani, Toshiaki Yamanaka, and Hiroshi Hosoi, "Evaluation of prosodic and segmental change in speech-modulated bone-conducted ultrasound by mismatch fields," Neuroscience Letters, Vol.559 (2014) pp. 117-121.
Peer Reviewed [→外部リンク]
山本克彦・長谷芳樹, "マイクロホンアレイによる骨導超音波補聴器の明瞭度の改善," 日本音響学会 聴覚研究会資料 Vol.4 (2012) pp.537-542.
Proceedings
Tadao Okayasu, Tadashi Nishimura, Akinori Yamashita, Seiji Nakagawa, Yoshiki Nagatani, Shuichi Yanai, Yuka Uratani, and Hiroshi Hosoi, "Duration-dependent growth of N1m for speech-modulated bone-conducted ultrasound," Neuroscience Letters, Vol.495 (2011) pp. 72-76.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Akinori YAMASHITA, Tadashi NISHIMURA, Yoshiki NAGATANI, Takefumi SAKAGUCHI, Tadao OKAYASU, Shuichi YANAI, and Hiroshi HOSOI, "The effect of visual information in speech signals by bone-conducted ultrasound," NeuroReport, Vol.21(2) (2010) pp. 119-122.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Akinori YAMASHITA, Tadashi NISHIMURA, Yoshiki NAGATANI, Tadao OKAYASU, Toshizo KOIZUMI, Takefumi SAKAGUCHI, and Hiroshi HOSOI, "Comparison between Bone-Conducted Ultrasound and Audible Sound in Speech Recognition," Acta Oto-Laryngologica, Vol.129, No.s562 (2009) pp. 34-39.
Peer Reviewed [→外部リンク]
長谷芳樹・橘亮輔・阪口剛史・細井裕司, "親密度別単語了解度試験用音声データセット(FW03)単音節音声のラウドネス校正," 日本音響学会誌 第64巻 11号 (2008) pp. 647-649.
Peer Reviewed [→外部リンク]
(校正値の電子データを提供しています。MATLAB/Scilab/Octave用スクリプト同梱。長谷までご連絡下さい。[無償])
Yoshiki Nagatani, Takefumi Sakaguchi, and Hiroshi Hosoi, "Evaluation of acoustic environments using deteriorated speech sound," Acoustics'08 - Proceedings (2008) pp. 1249-1253.
Proceedings [→外部リンク]
(特許 第5032880号 "音環境評価方法" (2012.9.26) )
その他
Ryosuke Miura, Yasunari Ando, Yasuhisa Hotta, Yoshiki Nagatani, and Akihiko Tsuda, "Acoustic Alignment of a Supramolecular Nanofiber in Harmony with the Sound of Music," ChemPlusChem, Vol.79(4) (2014) pp. 516-523.
Peer Reviewed [→外部リンク]
Akihiko Tsuda, Yuka Nagamine, Reiko Watanabe, Yoshiki Nagatani, Noriyuki Ishii, and Takuzo Aida, "Spectroscopic visualization of sound-induced liquid vibrations using a supramolecular nanofibre," Nature Chemistry, Vol.2 (2010) pp.977-983.
Peer Reviewed [→外部リンク]
安部直樹・長谷川翔・長谷芳樹, "ギターディストーション音聴取に対する潜在因子の抽出および物理量との対応," 日本音響学会 音楽音響研究会資料 Vol.29 No.8 (2011) pp. 7-11.
Proceedings
三石裕樹・長谷芳樹, "残響環境下における日本語母音聴取の明瞭度," 日本音響学会 騒音・振動研究会 (2012) N-2012-14, pp.1-6.
Proceedings
長谷芳樹, "研究者として最低限知っておきたいデザインの基礎知識 ~日本語の発表ポスター制作のために~ (2016年版)," 神戸市立工業高等専門学校 総合情報センター広報 第28号 (2016) pp.14-27.
解説記事 [→PDF]
長谷芳樹, "研究者として最低限知っておきたいデザインの基礎知識 ~日本語の発表ポスター制作のために~," 神戸市立工業高等専門学校 総合情報センター広報 第25号 (2013) を元に加筆・修正.
解説記事 [→PDF]
長谷芳樹, "日本語書字の多様性と日本語を扱う技術 ~漢字の伝来から現代の日本語入力まで~," 神戸市立工業高等専門学校 総合情報センター広報 第22号 (2010) pp. 15-20.
解説記事 [→PDF]

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特許

特許 第5032880号 "音環境評価方法" (2012.9.26) [発明者]

競争的資金・受託研究・プロジェクト参画等

研究代表者
奨学寄付金(国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所) 『超音波シミュレーションに関する寄附』(2017年度)
受託研究(マツダ株式会社)『車室内音場の制御実現に向けたFDTD法の適用検討』(2016年度)
日本学術振興会 科学研究費補助金(基盤研究(C)) 『組織の緩和現象を考慮した高精度超音波シミュレーションに基づく骨粗鬆症診断の改善』(2016年度~2018年度)
日本学術振興会 科学研究費補助金(若手研究(B)) 『多チャンネル振動計測と数値シミュレーションを併用した人体内の音波伝搬推定』(2013年度~2015年度)
神戸市立工業高等専門学校 一般研究助成 『人体各部位の振動計測と人体モデルのシミュレーション精度向上』(2011年度)
奨学寄付金 『ネジ製造時の不良検出装置開発に関する共同研究』(2010年度,2011年度)
日本学術振興会 科学研究費補助金(若手研究(B)) 『側頭骨中の音波伝搬シミュレーション -超音波補聴器の最適化設計のために-』(2008年度~2010年度)
研究分担者など
日本学術振興会 科学研究費補助金(基盤研究(B)) 『超音波照射により生じる骨中の圧電現象の計測と評価』(2012年度~2014年度)
村田学術振興財団 研究助成 『海綿骨中の超音波2波伝搬現象を利用した新しい骨構造評価技術の開発』(2011年度)
文部科学省 学術フロンティア推進事業『医工学研究の新展開-生体適合材料と福祉・介護システムの開発(同志社大学)』(2007年度~2008年度)
ダイワハウス『寄附講座「住居医学」(奈良県立医科大学)』(2006年度~2007年度)

 (記載の期間は長谷が参画していた年度)