51探花

【本学研究者情报】

〇国際放射光イノベーション?スマート研究センター／多元物質科学研究所 　教授　高橋幸生

【発表のポイント】

• 物理法则と计测原理を组み込んだ深层学习による新たな位相回復手法を开発：X线回折像の时间的な连続性を活用し、高精度な试料构造の再构成を実现。これにより、従来の手法では困难だった动的コヒーレントX线回折イメージング（动的CXDI）データからの高精度な动画像の再构成が可能に。
• ナノスケールの动的构造変化を高精度に可视化：动的CXDIデータを活用し、ナノスケールの试料构造の変化をリアルタイムで解析。マイクロメートルスケール领域におけるナノスケールの构造変化を、従来よりも高い空间?时间分解能で観察?解析を可能に。
• 実証実験の成功：动いている标準试料や水溶液中のコロイド金粒子に本手法を适用し検証した结果、高い空间?时间分解能で観察?解析を确认。
• 前例のない结果：今までの手法では见られなかった空间?时间分解能の両立の成功。
• 材料设计への応用：次世代材料のリアルタイム変化の観察や、医疗?製薬分野での生体组织のナノスケール动态解析など、幅広い分野での実用化が期待大。

【概要】

北陆先端科学技术大学院大学（学长?寺野稔、石川県能美市）共创インテリジェンス研究领域のDAM Hieu-Chi（ダム　ヒョウ　チ）教授、HA Minh-Quyet特别研究员（日本学术振兴会特别研究员ＰＤ）、VU Tien-Sinh大学院生（博士后期课程）、Adam Mukharil Bachtiar大学院生（博士后期课程）、DAO Duc-Anh大学院生（博士后期课程）、Deakin大学Applied Artificial Intelligence InstituteのTruyen Tran教授、物质?材料研究机构木野日织博士、东北大学（総长?冨永悌二、宫城県仙台市）国际放射光イノベーション?スマート研究センター高桥幸生教授、石黒志准教授、同大学院工学研究科の高泽骏太郎大学院生（博士后期课程）らの共同チームは、物理法则と计测原理を组み込んだ深层学习^{[用语解説１闭}技术の开発により动的コヒーレントX线回折イメージング（动的CXDI）^{[用语解説２闭}の回折データから、高精度に试料のナノ构造を再构成するための新たな位相回復^{[用语解説３闭}手法を确立し、动的构造変化の可视化に成功した。

本研究では、回折像の时间的な连続性を活用することで、试料のマイクロメートルスケール领域におけるナノスケールの构造変化を、従来を大きく上回る空间?时间分解能で観察?解析できることを実証した。これにより、ナノスケールの动的现象をより详细に捉える新たな観察技术が确立された。

この技术の进展により、可视光が透过しない物质の内部构造解析や、高分子?生体细胞中の微粒子运动の可视化など、材料科学?バイオ研究?ナノテクノロジー分野における革新的な応用が期待される。特に、次世代エネルギー材料のリアルタイム変化の観察や、医疗?製薬分野での生体组织のナノスケール动态解析など、幅広い分野での実用化が见込まれる。

【図1】物理法则と计测原理を组み込んだ深层学习（笔滨顿3狈别迟）を用いた动的コヒーレント齿线回折イメージングの概略図。
(A) 動的CXDI計測の概要と時間発展する回折パターンのデータ。
(B) 物理法則と計測原理を組み込んだ深層学習PID3Netモデルによる時間方向の重複情報を活用して、高精度な動的像の復元のフロー。

【用语解説】

※1深层学习：人工知能（础滨）の一分野であり、复数の隠れ层を持つニューラルネットワークを使用してデータから特徴を学习する技术である。特に、大量のデータから高度なパターンや构造を自动的に捉える能力が特徴として挙げられる。

※２動的コヒーレントX线回折イメージング（动的CXDI）：回折強度パターンに位相回復計算を実行し、試料像を取得するイメージング法。重要な特長として、X線領域において光学素子の性能に制限されない高い空間分解能を有する。CXDI はCoherent X-ray Diffraction Imaging の略称。

【论文情报】

掲載誌：npj Computational Materials (Springer Nature社)
論文題目：PID3Net: A Deep Learning Approach for Single-Shot Coherent X-ray Diffraction Imaging of Dynamic Phenomena
著者：Tien-Sinh Vu, Minh-Quyet Ha, Adam Mukharil Bachtiar, Duc-Anh Dao, Truyen Tran, Hiori Kino, Shuntaro Takazawa, Nozomu Ishiguro, Yuhei Sasaki, Masaki Abe, Hideshi Uematsu, Naru Okawa, Kyosuke Ozaki, Kazuo Kobayashi, Yoshiaki Honjo, Haruki Nishino, Yasumasa Joti, Takaki Hatsui, Yukio Takahashi, Hieu-Chi Dam
ＤＯＩ：
掲载日：2025年3月12日

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 国際放射光イノベーション?スマート研究センター（多元物質科学研究所 兼務）
教授　高桥　幸生（たかはし　ゆきお）
罢贰尝：022-217-5166
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（报道に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
TEL： 022-217-5198
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