Updated on 2025/12/08

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NAKABAYASHI Mikie
 
Organization
Academic Assembly Institute of Science and Technology JOUHOU DENSHI KOUGAKU KEIRETU Assistant Professor
Graduate School of Science and Technology Electrical and Information Engineering Assistant Professor
Faculty of Engineering Department of Engineering Assistant Professor
Title
Assistant Professor
External link

Degree

  • 博士（工学） ( 2025.3   明治大学 )

Research Interests

  • Diffuse correlation spectroscopy

  • 生体光計測

  • 生体計測

Research Areas

  • Life Science / Biomedical engineering

Research History (researchmap)

  • Niigata University   Faculty of Engineering Department of Engineering   Assistant Professor

    2025.4

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    Country：Japan

    Notes：Institute for Research Administration

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  • Japan Society for the Promotion of Science

    2020.4 - 2022.9

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    Country：Japan

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  • Meiji University   School of Science and Technology   Research Assistant

    2018.4 - 2020.3

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Research History

  • Niigata University   Electrical and Information Engineering, Graduate School of Science and Technology   Assistant Professor

    2025.4

  • Niigata University   Department of Engineering, Faculty of Engineering   Assistant Professor

    2025.4

  • Niigata University   Institute of Science and Technology, Academic Assembly   Assistant Professor

    2025.4

Education

  • Meiji University   Graduate School of Science and Technology   Electrical Engineering Program

    2018.4 - 2025.3

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    Country： Japan

    Notes： 博士後期課程

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  • Meiji University   Graduate School of Science and Technology   Electrical Engineering Program

    2016.4 - 2018.3

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    Country： Japan

    Notes： 博士前期課程

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  • Meiji University   School of Science and Technology   Department of Electrics and Bioinformatics

    2012.4 - 2016.3

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    Country： Japan

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Papers

  • Non-invasive monitoring of microcirculation dynamics in hypovolemic shock: a novel application of diffuse correlation spectroscopy. International journal

    Hiroki Matsushita, Koki Kurono, Mikie Nakabayashi, Kei Sato, Hidetaka Morita, Yuki Yoshida, Masafumi Fukumitsu, Kazunori Uemura, Toru Kawada, Masashi Ichinose, Yumie Ono, Keita Saku

    Intensive care medicine experimental   13 ( 1 )   53 - 53   2025.6

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    BACKGROUND: Microcirculatory dysfunction is a poor prognostic indicator for the management of critically ill patients, highlighting the need for the development of appropriate assessment methods. Current microcirculatory parameters are often indirect, invasive, or lack immediacy and continuity, with no standardised markers for critical care. Diffuse correlation spectroscopy (DCS), a near-infrared optical technique, facilitates the non-invasive real-time monitoring of microvascular dynamics via the blood flow index (BFI). However, the relationship between BFI and conventional microcirculatory parameters in hypovolemic shock remains unclear. This study examined the utility of DCS in assessing the microcirculation during hypovolemic shock in a canine model. METHODS: Six male beagle dogs underwent controlled blood withdrawal to induce hypovolemic shock, defined as a ≥ 30% decrease in cardiac output (CO) and mean arterial pressure (MAP) < 60 mmHg or systolic arterial pressure (SAP) < 90 mmHg. BFI was measured using a DCS device attached to the skin of the forelimb. From baseline to blood withdrawals followed by transfusions, changes in BFI were compared with microcirculatory parameters, mixed venous oxygen saturation (SvO₂), core-to-skin temperature gradient (ΔT), veno-arterial difference in partial pressure of carbon dioxide (PCO₂ gap), and serum lactate. Correlation and receiver operating characteristic (ROC) analyses were performed to determine the cut-off value of relative BFI for predicting whether lactate levels exceeded 22.5 mg/dL. RESULTS: Blood withdrawal resulted in significant reductions in BFI, CO, and radial artery blood flow, with the corresponding deteriorations in the ΔT, SvO₂, and PCO2 gap and lactate levels. BFI showed significant correlations with ΔT (correlation coefficient [CC] = - 0.48, 95% confidence interval [CI] - 0.69 to - 0.18, p < 0.01), SvO₂ (CC = 0.67, 95% CI 0.43 to 0.81, p < 0.01), and PCO2 gap (CC = - 0.63, 95% CI - 0.79 to - 0.39, p < 0.01). ROC analysis identified a relative BFI threshold of 35.5% of the baseline for predicting elevated lactate levels, with 62% sensitivity and 100% specificity (AUC = 0.75). CONCLUSIONS: Blood flow index measured by DCS reflects peripheral perfusion changes and is significantly correlated with clinical parameters during blood withdrawal and transfusion, highlighting its potential for non-invasive, continuous microcirculation monitoring in hypovolemic shock.

    DOI： 10.1186/s40635-025-00761-9

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  • Correlation of diabetic renal hypoperfusion with microvascular responses of the skeletal muscle: a rat model study using diffuse correlation spectroscopy. International journal

    Mikie Nakabayashi, Jun Tanabe, Yuji Ogura, Masashi Ichinose, Yugo Shibagaki, Atsuko Kamijo-Ikemori, Yumie Ono

    Biomedical optics express   15 ( 6 )   3900 - 3913   2024.6

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.1364/BOE.522385

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  • Differential changes in blood flow and oxygen utilization in active muscles between voluntary exercise and electrical muscle stimulation in young adults. International journal

    Makoto Katagiri, Mikie Nakabayashi, Yasuhiro Matsuda, Yumie Ono, Masashi Ichinose

    Journal of applied physiology (Bethesda, Md. : 1985)   136 ( 5 )   1053 - 1064   2024.5

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.1152/japplphysiol.00863.2023

    Scopus

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  • Quantitative Evaluation of Manipulative Therapy Effects by Tissue Blood Flow and Muscle Stiffness Measurements

    Rin Hirasawa, Mikie Nakabayashi, Yasuhiro Matsuda, Yumie Ono

    Advanced Biomedical Engineering   13   66 - 72   2024

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    Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.14326/abe.13.66

    Scopus

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  • Deep-learning-based separation of shallow and deep layer blood flow rates in diffuse correlation spectroscopy. International journal

    Mikie Nakabayashi, Siwei Liu, Nawara Mahmood Broti, Masashi Ichinose, Yumie Ono

    Biomedical optics express   14 ( 10 )   5358 - 5375   2023.10

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.1364/BOE.498693

    Scopus

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  • Evaluation of Local Skeletal Muscle Blood Flow in Manipulative Therapy by Diffuse Correlation Spectroscopy

    Matsuda, Y., Nakabayashi, M., Suzuki, T., Zhang, S., Ichinose, M., Ono, Y.

    Frontiers in Bioengineering and Biotechnology   9   2022

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    Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.3389/fbioe.2021.800051

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  • Rapid vasodilation within contracted skeletal muscle in humans: new insight from concurrent use of diffuse correlation spectroscopy and Doppler ultrasound. International journal

    Masashi Ichinose, Mikie Nakabayashi, Yumie Ono

    American journal of physiology. Heart and circulatory physiology   320 ( 2 )   H654-H667 - H667   2021.2

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.1152/ajpheart.00761.2020

    Scopus

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  • Difference in the integrated effects of sympathetic vasoconstriction and local vasodilation in human skeletal muscle and skin microvasculature. International journal

    Masashi Ichinose, Mikie Nakabayashi, Yumie Ono

    Physiological reports   7 ( 7 )   e14070   2019.4

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.14814/phy2.14070

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  • The Possibility of Urinary Liver-Type Fatty Acid-Binding Protein as a Biomarker of Renal Hypoxia in Spontaneously Diabetic Torii Fatty Rats. International journal

    Jun Tanabe, Yuji Ogura, Mikie Nakabayashi, Yoshio Nagai, Shiika Watanabe, Takeshi Sugaya, Keiichi Ohata, Daisuke Ichikawa, Kazuho Inoue, Seiko Hoshino, Kenjiro Kimura, Yugo Shibagaki, Yumie Ono, Atsuko Kamijo-Ikemori

    Kidney & blood pressure research   44 ( 6 )   1476 - 1492   2019

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.1159/000503926

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  • Muscular blood flow responses as an early predictor of the severity of diabetic neuropathy at a later stage in streptozotocin-induced type I diabetic rats: a diffuse correlation spectroscopy study. International journal

    Yumie Ono, Kimiya Esaki, Yuta Takahashi, Mikie Nakabayashi, Masashi Ichinose, Kijoon Lee

    Biomedical optics express   9 ( 9 )   4539 - 4551   2018.9

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.1364/BOE.9.004539

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  • Sympathoexcitation constrains vasodilation in the human skeletal muscle microvasculature during postocclusive reactive hyperemia. International journal

    Masashi Ichinose, Mikie Nakabayashi, Yumie Ono

    American journal of physiology. Heart and circulatory physiology   315 ( 2 )   H242-H253 - H253   2018.8

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    Language：English   Publishing type：Research paper (scientific journal)  

    DOI： 10.1152/ajpheart.00010.2018

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  • Detection of Blood Flow Speed in Shallow and Deep Tissues Using Diffuse Correlation Spectroscopy

    Nakabayashi Mikie, Ono Yumie

    Advanced Biomedical Engineering   6   53 - 58   2017

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    Language：English   Publisher：Japanese Society for Medical and Biological Engineering  

    Diffuse correlation spectroscopy (DCS) is an emerging optical technique for noninvasive measurement of hemodynamics of living tissues. Using emitter and detector optical probes attached to the body surface, DCS estimates the mean speed of blood flow in the tissue, through which the emitted near-infrared light propagates (blood flow index: BFI). The advantage of DCS is that the mean blood flow in deeper tissues such as muscle layers can be measured noninvasively. To investigate the sensitivity of DCS in detecting the physiological changes of blood flow in deep and shallow tissues, we measured the blood flow speed in 14 healthy participants during a reactive hyperemia test and skin temperature changes. In the reactive hyperemia test, blood flow returned to the steady state faster in deep tissues than in shallow tissues, and temperature-dependent reallocation of local blood flow in shallow and deep tissues was clearly observed. These results demonstrate that DCS can measure the differences in physiological blood flow dynamics in deep and shallow tissues, suggesting the potential use of DCS to noninvasively quantify changes at microcirculation level in both shallow and deep tissue layers.

    DOI： 10.14326/abe.6.53

    DOI： 10.1117/12.2288044_references_DOI_QwVep9aHJlEga3zaZ46iU17wem8

    CiNii Article

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    Other Link： https://search.jamas.or.jp/link/ui/2018364077

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MISC

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Presentations

  • 非侵襲光計測による血液透析中の下肢筋血流モニタリング

    小野 弓絵, 中林 実輝絵

    生体医工学  2023  公益社団法人 日本生体医工学会

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    Event date： 2023

    Language：Japanese  

    血液透析中に生じる血圧低下や有痛性筋痙攣などの透析合併症は、患者の苦痛や透析の中断を招いてQoLを低下させるため、その原因の究明および予防が喫緊の課題となっている。我々は組織血流の速度を非侵襲的に計測する新しい光学技術である拡散相関分光法(diffuse correlation spectroscopy: DCS)を用いて血液透析中の前脛骨筋血流を連続的に計測し、透析患者の血圧低下メカニズムの解明と早期検出法の開発を目的とした研究を行っている。透析中に計測した末梢血流量と平均血圧から算出した末梢血管抵抗の透析時間全体の平均値は透析終了時の血圧との間に有意な相関を認め、透析後血圧低下を呈する症例では、除水による血液量の減少にも関わらず末梢血管抵抗が増加せず、末梢血流が増加するために心拍出量の低下と動脈圧の低下に至る可能性が示された。また、この相関関係は透析時間全体の50％経過時までの末梢血管抵抗と透析終了時血圧との間でも維持されており、透析時間全体の50%、75％の時点において、透析終了時の血圧低下をそれぞれ87.5%、75.0%の感度で検出することが可能であった。透析中の筋血流計測は透析中に生じる血管調節不全を検出するうえで有用であり、今後、透析中合併症の予測・予防システムへの応用が期待できる。

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  • 拡散相関分光法を用いた血液透析中の下肢筋血流動態の計測

    土屋 智裕, 中林 実輝絵, 髙山 卓, 藤島 理恵, 小島 茂樹, 櫻田 勉, 柴垣 有吾, 一之瀬 真志, 小野 弓絵

    生体医工学  2022  公益社団法人 日本生体医工学会

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    Event date： 2022

    Language：Japanese  

    血液透析では短時間で体内の水分および老廃物が除去されることにより血圧低下や有痛性筋痙攣など透析の中断につながる合併症を引き起こすことがある。重篤な場合には透析中に心血管合併症を発症することもあり、その原因の究明および予防が喫緊の課題となっている。そこで透析患者の全身の循環動態の変化を詳細に検討することを目的として、拡散相関分光法を用いて透析患者４名の血液透析中の下肢前脛骨筋血流を計測した。透析中は筋血流量の計測に加えて15～30分毎に血圧の測定も行い、これらを併せて末梢血管抵抗を算出した。透析中の血圧が開始時点から1割以下の低下でとどまった血圧維持群では、透析の進行とともに下肢筋の血流量が半分程度まで減少し、循環血液量の低下に伴う末梢血管抵抗増加の補償作用により、血圧が維持されていると示唆された。一方で透析中の血圧が透析開始時点から2割以上低下した血圧低下群では、下肢筋の血流量が1.5倍程度増加し、透析治療中に昇圧薬の投与を行っても血圧低下や血流量の増加が改善しない症例も散見された。透析中低血圧を引き起こしやすい患者では、体液量および血圧の低下に対して交感神経性血管収縮が機能せず、むしろ末梢血管抵抗が減少することで動脈血圧が低下すると考えられる。透析中の筋血流計測は透析中に生じる血管調節不全を検出するうえで有用であり、今後、透析中合併症の予測・予防等への応用が期待できる。

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  • Diffuse Optics for Probing Oxygen Metabolism of Active Muscles

    Yumie Ono, Mikie Nakabayashi, Masashi Ichinose

    2021 IEEE Photonics Conference (IPC)  2021.10  IEEE

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  • Real-time detection of fatigue effect on active muscle hemodynamics using diffuse correlation spectroscopy

    Kanichiro Nozaki, Mikie Nakabayashi, Masashi Ichinose, Yumie Ono

    Biophotonics in Exercise Science, Sports Medicine, Health Monitoring Technologies, and Wearables  2020.2  SPIE

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  • Optical evaluation of microvascular function at early and chronic stages of diabetes

    Shotaro Sasaki, Mikie Nakabayashi, Yumie Ono, Masashi Ichinose

    Biophotonics in Exercise Science, Sports Medicine, Health Monitoring Technologies, and Wearables  2020.2  SPIE

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  • 拡散相関分光法を用いた脳・生体組織血流の非侵襲計測と応用

    中林 実輝絵, 小野 弓絵

    生体医工学  2019  公益社団法人 日本生体医工学会

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    Event date： 2019

    Language：Japanese  

    拡散相関分光法(diffuse correlation spectroscopy: DCS)は、赤血球が近赤外光を拡散する性質に着目して、生体組織の血流速度を非侵襲的に計測する光学技術である。DCSは送光・受光プローブ間距離の変更によって深部組織の血流動態の情報を含むことができ、近赤外分光法との併用によって局所的な組織酸素消費動態(metabolic rate of oxygen extraction)を導出することができる。そのため、手術中や脳血管障害・睡眠時無呼吸症候群患者の脳血流動態のモニタリング・乳癌の位置検出・運動時筋血流の定量化など幅広い応用が期待されている。本発表では、DCSが組織血流の変化を高感度に検出可能であることを示す一例として、糖尿病モデルラットを用いた筋・腎組織の血流計測結果について紹介する。糖尿病モデルラットの下肢筋・腎皮質に対して定期的に反応性充血試験と血流計測を行い、DCSによる血流パラメータを取得したところ、感覚障害や筋力低下といった慢性症状の発言よりも早期に対照群に対する変化が生じ、糖尿病性合併症の早期診断におけるDCSの有用性を示すことができた。

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  • Evaluation of blood flow in human exercising muscle by diffuse correlation spectroscopy: a phantom model study

    Mikie Nakabayashi, Yumie Ono, Masashi Ichinose

    Design and Quality for Biomedical Technologies XI  2018.2  SPIE

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Industrial property rights

  • 計測装置、計測方法及びプログラム

    小野 弓絵, 中林 実輝絵

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    Applicant：学校法人明治大学

    Application no：特願2022-139865  Date applied：2022.9

    Announcement no：特開2024-035423  Date announced：2024.3

    J-GLOBAL

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Awards

  • Konica Minolta Science and Technology Foundation/ Competition encouragement award; student award

    2023.5   Japanese Society for Medical and Biological Engineering  

    Mikie Nakabayashi, Masashi Ichinose, Yumie Ono

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  • Research Encouragement Award; Abe Award

    2023.5   Japanese Society for Medical and Biological Engineering  

    Mikie Nakabayashi, Masashi Ichinose, Yumie Ono

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  • Best research award

    2016.9   Japanese Society for Medical and Biological Engineering   Detection of blood flow speed in shallow and deep tissues using Diffuse Correlation Spectroscopy

    Mikie Nakabayashi, Yumie Ono

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    Award type：Award from Japanese society, conference, symposium, etc.  Country：Japan

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Research Projects

  • 拡散相関分光法を用いた高精度生体組織血流計測システムの開発

    Grant number：20J13222

    2020.4 - 2022.3

    System name：科学研究費助成事業

    Research category：特別研究員奨励費

    Awarding organization：日本学術振興会

    中林 実輝絵

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    Grant amount：\2100000 （ Direct Cost: \2100000 ）

    拡散相関分光法(Diffuse correlation Spectroscopy: DCS)を用いた血流計測システムの開発と評価を目的として、昨年度に引き続き、(A)DCS装置を併用した近赤外分光法(Near-infrared Spectroscopy: NIRS)同時計測システムの開発と性能評価、(B)生体模擬ファントムモデルを用いたDCSシステムの性能評価を主に進めた。
    (A) DCS装置を併用したNIRS同時計測システムの開発と評価では、ハード/ソフトウェア両方の改良によって既知な生理学的応答に対して妥当なNIRSの計測結果を得ることに成功し、DCSの血流動態とNIRSの酸素動態が同時取得可能となり、局所組織の循環・代謝機能の評価をより簡易かつ正確に計測できるようになった。また、運動の位相に同期した血流動態の解析がDCSのみだけでなく、DCSとNIRSの同時計測時でも可能となり、より高精度な解析が可能となった。
    (B)生体模擬ファントムモデルを用いたDCSシステムの性能評価では、解剖学的・光学的に下肢の皮膚と筋を模擬した浅層・深層の２層ファントムモデルの各層に対して安静時から運動時までを想定した流速範囲の疑似血液を還流し、その時の複数計測深度におけるマルチチャンネルDCS同時計測を行った。各層の流量と各計測深度における流速指標(BFI)は線形な関係性を示したため、複数のBFI値をもとに各層の流量を一般化逆行列法により推定する手法を開発した。従来の単一深度でのDCS計測では分離できなかった異なる浅層・深層の流速の組み合わせでも、他の計測深度のBFI情報を追加することで２層それぞれの流速を推定し、皮膚表層と筋層の血流動態の分離ができる可能性が示された。
    しかし、学術論文の出版についての進捗が遅れており、2022年度に研究成果を英文原著論文としてまとめていくことを目指す。

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Teaching Experience

  • プログラミング基礎I

    2025
    Institution name：新潟大学

  • プログラミング基礎II

    2025
    Institution name：新潟大学

  • コンピュータ基礎

    2025
    Institution name：新潟大学