町田 学(マチダ マナブ)

工学部 情報学科准教授

Last Updated :2024/07/17

■教員コメント

コメント

イメージングに関する計算科学を研究しています。特に光トモグラフィを含む近赤外イメージングに興味を持っています。

■研究者基本情報

学位

  • 博士(工学)(東京大学)

科研費研究者番号

40396916

ORCID ID

0000-0002-1830-0760

研究キーワード

  • 光トモグラフィー   逆問題   輻射輸送   

現在の研究分野(キーワード)

イメージングに関する計算科学を研究しています。特に光トモグラフィを含む近赤外イメージングに興味を持っています。

研究分野

  • 情報通信 / 計算科学
  • 自然科学一般 / 応用数学、統計数学
  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎

■経歴

経歴

  • 2023年 - 現在  近畿大学工学部情報学科准教授
  • 2020年 - 現在  科学技術振興機構さきがけ研究者
  • 2017年 - 2023年  浜松医科大学光尖端医学教育研究センター指定講師

■研究活動情報

受賞

  • 2021年03月 早稲田大学 e-Teaching Award 大賞
     
    受賞者: 早水桃子;町田学;中村憲史
  • 2019年06月 日本応用数理学会 研究部会連合発表会優秀講演賞

論文

  • Lili Xu; Chi Zhang; Soho Oyama; Manabu Machida; Tomoaki Kahyo; Mitsutoshi Setou
    Physical Review E 109 1 2024年01月
  • Machida M
    Inverse Problems 39 10 105012  2023年09月 [査読有り]
     
    Abstract The Rytov approximation is known in near-infrared spectroscopy including diffuse optical tomography. In diffuse optical tomography, the Rytov approximation often gives better reconstructed images than the Born approximation. Although related inverse problems are nonlinear, the Rytov approximation is almost always accompanied by the linearization of nonlinear inverse problems. In this paper, we will develop nonlinear reconstruction with the inverse Rytov series. By this, linearization is not necessary and higher order terms in the Rytov series can be used for reconstruction. The convergence and stability are discussed. We find that the inverse Rytov series has a recursive structure similar to the inverse Born series.
  • Kawamoto A; Machida M; Yamamoto M
    Fractional Calculus and Applied Analysis 26 5 2118 - 2165 2023年08月 [査読有り]
  • Eom J Y; Machida M; Nakamura G; Nishimura G; Sun C L
    Journal of Mathematical Physics 64 083504  2023年08月 [査読有り]
     
    Light propagation through diffusive media can be described by the diffusion equation in a space–time domain. Furthermore, fluorescence can be described by a system of coupled diffusion equations. This paper analyzes time-domain measurements. In particular, the temporal point-spread function is measured at the boundary of a diffusive medium. Moreover, the temporal profile of fluorescence is considered. In both cases, we refer to the maximum temporal position of measured light as the peak time. In this paper, we provide proofs of the existence and uniqueness of the peak time and give explicit expressions of the peak time. The relationship between the peak time and the object position in a medium is clarified.
  • Xu L; Kikushima K; Sato S; Islam A; Sato T; Aramaki S; Zhang C; Sakamoto T; Eto F; Takahashi Y; Yao I; Machida M; Kahyo T; Setou M
    PLOS ONE 18 4 e0283966  2023年04月 [査読有り]
     
    Mass spectrometry imaging (MSI) allows us to visualize the spatial distribution of molecular components in a sample. A large amount of mass spectrometry data comprehensively provides molecular distributions. In this study, we focus on the information in the obtained data and use the Shannon entropy as a quantity to analyze MSI data. By calculating the Shannon entropy at each pixel on a sample, the spatial distribution of the Shannon entropy is obtained from MSI data. We found that low-entropy pixels in entropy heat maps for kidneys of mice had different structures between two ages (3 months and 31 months). Such changes cannot be visualized by conventional imaging techniques. We further propose a method to find informative molecules. As a demonstration of the proposed scheme, we identified two molecules by setting a region of interest which contained low-entropy pixels and by exploring changes of peaks in the region.
  • Yamada H; Xu L; Eto F; Takeichi R; Islam A; Mamun M A; Zhang C; Yao I; Sakamoto T; Aramaki S; Kikushima K; Sato T; Takahashi Y; Machida M; Kahyo T; Setou M
    Journal of the American Society for Mass Spectrometry 33 9 1607 - 1614 2022年09月 [査読有り]
  • Liu J J; Machida M; Nakamura G; Nishimura G; Sun C L
    Science China Mathematics 65 6 1179 - 1198 2022年06月 [査読有り]
  • Amagai K; Hatano Y; Machida M
    Journal of Computational and Theoretical Transport 50 5 377 - 389 2021年09月 [査読有り]
  • Jiang Y; Machida M; Todoroki N
    Journal of the Optical Society of America A 38 7 1032 - 1040 2021年06月 [査読有り]
     
    Diffuse optical tomography (DOT) is an imaging modality that uses near-infrared light. Although iterative numerical schemes are commonly used for its inverse problem, correct solutions are not obtained unless good initial guesses are chosen. We propose a numerical scheme of DOT, which works even when good initial guesses of optical parameters are not available. We use simulated annealing (SA), which is a method of the Markov-chain Monte Carlo. To implement SA for DOT, a spin Hamiltonian is introduced in the cost function, and the Metropolis algorithm or single-component Metropolis–Hastings algorithm is used. By numerical experiments, it is shown that an initial random spin configuration is brought to a converged configuration by SA, and targets in the medium are reconstructed. The proposed numerical method solves the inverse problem for DOT by finding the ground state of a spin Hamiltonian with SA.
  • Capart A; Ikegaya S; Okada E; Machida M; Hoshi Y
    Journal of Physics Communications 5 2 025012  2021年02月 [査読有り]
     
    Abstract The diffusion approximation has been one of the central topics in near-infrared spectroscopy (NIRS). When NIRS measurements are analyzed by the diffusion theory, the measurements must be performed in the diffusive regime. However, since most of past researches have focused on theoretical or qualitative nature of the diffusion approximation, it is not easy to know if each measurement is designed in the diffusive regime. In this paper, we consider the diffusion approximation quantitatively and propose indicators that quantify the degree of validness of the diffusion approximation. The difference between the measurement and diffusion theory can be evaluated with the χ2 value, ℓ1 and ℓ2 norms, and Kullback-Leibler divergence. We conduct a liquid phantom experiment to test the proposed χ2 value. Moreover, the χ2 value is further investigated by Monte Carlo simulations. We find the χ2 value becomes significantly large when measurements are performed in the nondiffusive or transport regime. The proposed indicators similarly work. In particular, the χ2 value is shown to work as an indicator which evaluates the degree of validness of the diffusion approximation. These indicators are general and can be used for different numerical, experimental, and clinical measurements in NIRS.
  • Kawamoto A; Machida M
    Applicable Analysis 100 4 752 - 771 2021年02月 [査読有り]
  • Machida M; Hoshi Y; Kagawa K; Takada K
    Journal of the Optical Society of America A 37 12 2020 - 2031 2020年11月 [査読有り]
     
    The decay behavior of specific intensity is studied for spatial-frequency domain imaging (SFDI). It is shown using the radiative transport equation that the decay is given by a superposition of different decay modes, and the decay rates of these modes are determined by spatial frequencies and Case’s eigenvalues. This explains why SFDI can focus on shallow regions. The fact that light with nonzero spatial frequency rapidly decays makes it possible to exclusively extract optical properties of the top layer of a layered medium. We determine optical properties of the top layer of a solid phantom. This measurement is verified with different layered media of numerical phantoms.
  • Amagai K; Yamakawa M; Machida M; Hatano Y
    Transport in Porous Media 132 2 311 - 331 2020年03月 [査読有り]
  • Atsushi Kawamoto; Manabu Machida
    SIAM Journal on Mathematical Analysis 52 1 967 - 1005 2020年02月 [査読有り]
  • Sun C L; Nakamura G; Nishimura G; Jiang Y; Liu J J; Machida M
    Journal of the Optical Society of America A 37 2 231 - 239 2020年01月 [査読有り]
     
    A fast algorithm for fluorescence diffuse optical tomography is proposed. The algorithm is robust against the choice of initial guesses. We estimate the position of a fluorescent target by assuming a cuboid (rectangular parallelepiped) for the fluorophore target. The proposed numerical algorithm is verified by a numerical experiment and an experiment with a meat phantom. The target position is reconstructed with a cuboid from measurements in the time domain. Moreover, the long-time behavior of the emission light is investigated making use of the analytical solution to the diffusion equation.
  • Machida M; Nakamura G
    Journal of Mathematical Physics 61 1 013502  2020年01月 [査読有り]
     
    The photon diffusion equation is solved making use of the Born series for the Robin boundary condition. We develop a general theory for arbitrary domains with smooth enough boundaries and explore the convergence. The proposed Born series is validated by numerical calculation in the three-dimensional half space. It is shown that in this case, the Born series converges regardless the value of the impedance term in the Robin boundary condition.
  • Machida M
    Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 234 124 - 138 2019年09月 [査読有り]
  • Jiang Y; Hoshi Y; Machida M; Nakamura G
    Applied Sciences 9 17 3500  2019年08月 [査読有り]
     
    Near-infrared spectroscopy (NIRS) including diffuse optical tomography is an imaging modality which makes use of diffuse light propagation in random media. When optical properties of a random medium are investigated from boundary measurements of reflected or transmitted light, iterative inversion schemes such as the Levenberg–Marquardt algorithm are known to fail when initial guesses are not close enough to the true value of the coefficient to be reconstructed. In this paper, we investigate how this weakness of iterative schemes is overcome using Markov chain Monte Carlo. Using time-resolved measurements performed against a polyurethane-based phantom, we present a case that the Levenberg–Marquardt algorithm fails to work but the proposed hybrid method works well. Then, with a toy model of diffuse optical tomography we illustrate that the Levenberg–Marquardt method fails when it is trapped by a local minimum but the hybrid method can escape from local minima by using the Metropolis–Hastings Markov chain Monte Carlo algorithm until it reaches the valley of the global minimum. The proposed hybrid scheme can be applied to different inverse problems in NIRS which are solved iteratively. We find that for both numerical and phantom experiments, optical properties such as the absorption and reduced scattering coefficients can be retrieved without being trapped by a local minimum when Monte Carlo simulation is run only about 100 steps before switching to an iterative method. The hybrid method is compared with simulated annealing. Although the Metropolis–Hastings MCMC arrives at the steady state at about 10,000 Monte Carlo steps, in the hybrid method the Monte Carlo simulation can be stopped way before the burn-in time.
  • Machida M
    Journal of Mathematical Physics 58 1 013301  2017年01月 [査読有り]
     
    We consider the radiative transport equation in which the time derivative is replaced by the Caputo derivative. Such fractional-order derivatives are related to anomalous transport and anomalous diffusion. In this paper we describe how the time-fractional radiative transport equation is obtained from continuous-time random walk and see how the equation is related to the time-fractional diffusion equation in the asymptotic limit. Then we solve the equation with Legendre-polynomial expansion.
  • Machida M
    Journal of Computational and Theoretical Transport 45 7 594 - 609 2016年11月 [査読有り]
  • Machida M
    Journal of Mathematical Physics 57 7 073301  2016年07月 [査読有り]
     
    The linear Boltzmann equation can be solved with separation of variables in one dimension, i.e., in three-dimensional space with planar symmetry. In this method, solutions are given by superpositions of eigenmodes which are sometimes called singular eigenfunctions. In this paper, we explore the singular-eigenfunction approach in flatland or two-dimensional space.
  • Machida M; Narimanov E; Schotland J C
    Journal of the Optical Society of America A 33 6 1071 - 1075 2016年06月 [査読有り]
  • Machida M
    Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 49 17 175001  2016年03月 [査読有り]
  • Machida M; Panasyuk G Y; Wang Z-M; Markel V A; Schotland J C
    Journal of the Optical Society of America A 33 4 551 - 558 2016年03月 [査読有り]
  • Machida M; Schotland J C
    Inverse Problems 31 9 095009  2015年08月 [査読有り]
  • Machida M
    Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 48 32 325001  2015年07月 [査読有り]
  • Machida M; Yamamoto M
    Inverse Problems 30 3 035010  2014年02月 [査読有り]
  • Machida M
    Journal of the Optical Society of America A 31 1 67 - 74 2013年12月 [査読有り]
  • Ban H Y; Busch D R; Pathak S; Moscatelli F A; Machida M; Schotland J C; Markel V A; Yodh A G
    Journal of Biomedical Optics 18 2 026016  2013年02月 [査読有り]
  • Machida M; Iitaka T; Miyashita S
    Physical Review B 86 22 224412  2012年12月 [査読有り]
  • Machida M; Miyashita S
    Physics Letters A 376 22 1777 - 1780 2012年04月 [査読有り]
  • Machida M; Panasyuk G Y; Schotland J C; Markel V A
    Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 43 6 065402 - 065402 2010年02月 [査読有り]
  • Machida M; Panasyuk G Y; Schotland J C; Markel V A
    Journal of the Optical Society of America A 26 5 1291 - 1300 2009年05月 [査読有り]
  • Machida M; Goryo J; Hatano N
    Journal of the Physical Society of Japan 77 2 024713 - 024713 2008年02月 [査読有り]
  • Machida M; Hatano N; Goryo J
    Journal of the Physical Society of Japan 75 6 063704 - 063704 2006年06月 [査読有り]
  • Machida M; Saito K
    Physical Review E 72 5 056206  2005年11月 [査読有り]
  • De Raedt H; Miyashita S; Michielsen K; Machida M
    Physical Review B 70 6 064401  2004年08月 [査読有り]
  • Machida M; Saito K; Miyashita S
    Journal of the Physical Society of Japan 71 10 2427 - 2433 2002年10月 [査読有り]

MISC

  • 光学と逆問題:光トモグラフィー
    町田学 日本物理学会誌 72 712 -716 2017年10月

書籍等出版物

  • Practical Inverse Problems and Their Prospects
    (ed.) Takiguchi T, Ohe T, Cheng J, Hua C (担当:分担執筆範囲:Sec. 5 Radiative Transport Equation in Optical Tomography)Springer, Singapore 2023年09月
  • 生体ひかりイメージング基礎と応用
    (編集委員)岡田英史、川口拓之、西條芳文、渡辺英寿 (担当:分担執筆範囲:第2章第1節 pp.91-96)エヌ・ティー ・エス 2021年12月 
    光輸送方程式について

講演・口頭発表等

  • 3次元解析的離散方位法
    町田 学
    日本流体力学会 年会2023 2023年09月 口頭発表(一般)
  • Inverse problems for the Duffing equation in pediatrics  [招待講演]
    Machida M
    ICIAM 2023 2023年08月 口頭発表(招待・特別)
  • Nonlinear Rytov Approximation as a Practial Inversion Scheme for Optical Tomography  [招待講演]
    Machida M
    BIRS Workshop 2023 Leveraging Model- and Data-Driven Methods in Medical Imaging, 2023年06月 口頭発表(招待・特別)
  • 生体の情報抽出のための 数理の活用法  [招待講演]
    町田 学
    JST ACT-X 「生命と化学」 第1回研究者交流会議 「生命と化学と情報科学」 2023年05月 ポスター発表
  • Linear Boltzmann equation for transport phenomena in porous media  [招待講演]
    町田 学
    北海道大学 MMCセミナー 2022年11月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • 多孔質媒体中の分子の異常拡散
    町田 学
    日本流体力学会 年会2022 2022年09月 口頭発表(一般)
  • 逆級数を用いた偏微分方程式の逆問題解法  [招待講演]
    町田 学
    日本応用数理学会 2022年度年会 2022年09月 口頭発表(招待・特別)
  • 医学のための数理科学研究
    町田 学
    第3回浜松医科大学学内研究交流会 2022年06月 口頭発表(一般)
  • 偏微分方程式の逆問題の逆級数による再構成法  [招待講演]
    町田 学
    岡山応用数学セミナー 2022年06月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Diffuse optical tomography with a simulated annealing Monte Carlo algorithm  [招待講演]
    Machida M
    The 10th International Conference Inverse Problems: Modeling and Simulation 2022年05月 口頭発表(招待・特別)
  • 多孔質媒体中の輸送の支配方程式としての輻射輸送方程式
    町田 学
    日本応用数理学会 第18回研究部会連合発表会 2022年03月 口頭発表(一般)
  • Direct and iterative reconstruction methods in optical tomography  [招待講演]
    Machida M
    Practical inverse problems and their prospects 2022年03月 口頭発表(招待・特別)
  • Diffuse optical tomography using simulated annealing  [招待講演]
    Machida M
    逆問題における理論と実用 2022年01月 口頭発表(招待・特別)
  • Optical tomography and biophysics  [招待講演]
    Machida M
    日本生物物理学会年会 2021年11月 口頭発表(招待・特別)
  • 強散乱下の逆問題:光トモグラフィー  [招待講演]
    町田 学
    日本光学会年次学術講演会 2021年10月 口頭発表(招待・特別)
  • 光トモグラフィーを通じた医学と理学の交流  [招待講演]
    町田 学
    静岡大学理学部x 浜松医科大学 研究情報交換会 2021年09月 口頭発表(招待・特別)
  • 逆級数を用いた逆問題解法による 光トモグラフィー  [招待講演]
    町田 学
    数理情報学談話会 2021年06月 口頭発表(招待・特別)
  • Spatio-temporal frequency domain imaging using time-resolving CMOS image sensor and stripe pattern projection
    Takada K; Osada K; Machida M; Hoshi Y; Yasutomi K; Kawahito S; Kagawa K
    SPIE Photonics West BiOS 2021年03月 口頭発表(一般)
  • 輻射輸送方程式の係数決定逆問題 に対するリプシッツ安定性  [招待講演]
    町田 学
    京都大学数学教室 談話会 2020年10月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • 多孔質媒体中の分子の線形ボルツマン輸送
    雨谷 健司; 町田 学; 羽田野 祐子
    日本流体力学会年会 2020年09月 口頭発表(一般)
  • The linear Boltzmann equation as a governing equation in porous media  [招待講演]
    Machida M
    Summer Intensive Seminar on Inverse Modelling and Computation 2020年08月 口頭発表(招待・特別)
  • A numerical method for inverse transport problems  [招待講演]
    Machida M
    偏微分方程式による逆問題解析とその周辺 2020年01月 口頭発表(招待・特別)
  • 輻射輸送方程式の新解法と光トモグラフィー  [招待講演]
    町田 学
    日本学術会議 第9回計算力学シンポジウム 2019年12月 口頭発表(招待・特別)
  • The linear transport in porous media
    Machida M
    The 26th International Conference on Transport Theory 2019年09月 口頭発表(一般)
  • ランダム媒質の光学特性値決定
    町田 学
    日本物理学会秋季大会 2019年09月 口頭発表(一般)
  • Near-infrared spectroscopy  [招待講演]
    Machida M
    Summer School on Applied Inverse Problems and Related Topics 2019年08月 口頭発表(招待・特別)
  • Optical medical imaging in the radiative transport regime  [招待講演]
    Machida M
    International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM) 2019年07月 口頭発表(招待・特別)
  • Time-fractional derivatives in inverse transport problems  [招待講演]
    Machida M
    International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM) 2019年07月 口頭発表(招待・特別)
  • Spatial-frequency-domain optical tomography in the nondiffusive regime  [招待講演]
    Machida M
    Applied Inverse Problems Conference (AIP) 2019年07月 口頭発表(招待・特別)
  • Lipschitz stability in inverse diffusion problems with first- and half-order derivatives  [招待講演]
    Machida M
    Applied Inverse Problems Conference (AIP) 2019年07月 口頭発表(招待・特別)
  • Spatial-frequency-domain optical tomography in the radiative transport regime
    Machida M
    European Conference on Biomedical Optics (ECBO) 2019年06月 ポスター発表
  • Time-domain diffuse optical tomography with lp sparsity regularization for thyroid cancer imaging,
    Okawa S; Mimura T; Fujii H; Kawaguchi H; Tanikawa Y; Machida M; Okada E; Hoshi Y
    European Conference on Biomedical Optics (ECBO) 2019年06月 口頭発表(一般)
  • 解析解に基づく輻射輸送方程式の数値計算
    町田 学
    応用数理学会第15回研究部会連合発表会 2019年03月 口頭発表(一般)
  • Stability analysis of inverse problems for 1+1/2 fractional parabolic equations  [招待講演]
    Machida M
    A3 Workshop in Applied Inverse Problems 2019年01月 口頭発表(招待・特別)
  • Nondestructive inspection of biological tissue by optical tomography  [招待講演]
    Machida M
    Non-destructive inspection for concrete structures and related topics 2018年10月 口頭発表(招待・特別)
  • 3次元FN法による輻射輸送方程式の高速数値計算
    町田 学
    日本物理学会秋季大会 2018年09月 口頭発表(一般)
  • Radiative transport-based optical tomography with structured illumination  [招待講演]
    Machida M
    The 12th International Conference on Complex Medical Engineering (ICME) 2018年09月 口頭発表(招待・特別)
  • Inverse problems in medical imaging: Optical tomography  [招待講演]
    Machida M
    若手研究集会「波動・振動・流れ の制御と逆問題-理論と数値計算-」 2018年08月 口頭発表(招待・特別)
  • Stability analysis for homogenized diffusion equations  [招待講演]
    Machida M
    The 9th International Conference on Inverse Problems and Related Topics (ICIP) 2018年08月 口頭発表(招待・特別)
  • Spatial-frequency optical tomography in the radiative-transport regime  [招待講演]
    Machida M
    Tianyuan Workshop on Mathematical and Computational Challenges of Medical Imaging and Inverse Problems 2018年08月 口頭発表(招待・特別)
  • 光トモグラフィーとは何か
    町田 学
    浜松医科大学第2回学内研究交流会 2018年07月 口頭発表(一般)
  • 光トモグラフィーの数値計算:具体例を交えながら
    町田 学
    計算光バイオイメージング勉強会 2018年07月 口頭発表(一般)
  • 非整数階時間微分による異常輸送現象
    町田 学
    日本物理学会第73回年次大会 2018年03月 口頭発表(一般)
  • Optical tomography with structured illumination based on the radiative transport equation  [招待講演]
    Machida M
    Inverse Problems and Medical Imaging 2018年02月 口頭発表(招待・特別)
  • 3次元輻射輸送方程式の新解法 と光トモグラフィー  [招待講演]
    町田 学
    輸送理論と生体医用光学 2018年02月 口頭発表(招待・特別)
  • Coefficient inverse problems for the time-fractional linear Boltzmann equation  [招待講演]
    Machida M
    A3 Workshop on Applied Inverse Problems and Related Topics 2017年11月 口頭発表(招待・特別)
  • Theoretical tools for optical medical imaging  [招待講演]
    Machida M
    The 11th International Conference on Complex Medical Engineering (ICME) 2017年11月 口頭発表(招待・特別)
  • 輻射輸送方程式を用いた光トモグラフィー
    町田 学
    日本物理学会秋季大会 2017年09月 口頭発表(一般)
  • Numerical techniques for optical tomography  [招待講演]
    Machida M
    現象数理解析研究会 2017年06月 口頭発表(招待・特別)
  • Optical tomography with structured illumination using the three-dimensional FN method  [招待講演]
    Machida M
    Applied Inverse Problems (AIP) 2017年06月 口頭発表(招待・特別)
  • Half-order fractional inverse transport problems by Carleman estimates  [招待講演]
    Machida M
    Applied Inverse Problems (AIP) 2017年06月 口頭発表(招待・特別)
  • Optical medical imaging with the radiative transport equation  [招待講演]
    Machida M
    東南大学数学科セミナー 2017年05月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Stability analysis for inverse transport problems  [招待講演]
    Machida M
    复旦大学数理科学部セミナー 2017年03月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • 多次元輻射輸送方程式の解析解
    町田 学
    日本物理学会第72回年次大会 2017年03月 口頭発表(一般)
  • Optical tomography based on the radiative transport equation  [招待講演]
    Machida M
    金沢大学数物科学系セミナー 2017年03月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Transport-based optical tomography algorithms by rotated reference frames  [招待講演]
    Machida M
    Inverse problems and medical imaging 2017年02月 口頭発表(招待・特別)
  • 輻射輸送方程式の解析解法の歴史と現状  [招待講演]
    町田 学
    日本学術振興会第185委員会 2017年01月 口頭発表(招待・特別)
  • Linear Boltzmann transport and optical tomography  [招待講演]
    Machida M
    京都大学基礎物理学研究所セミナー 2016年11月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • 3次元線形ボルツマン方程式のグリーン関数
    町田 学
    日本物理学会秋季大会 2016年09月 口頭発表(一般)
  • Half-order fractional inverse transport problems by Carleman estimates  [招待講演]
    Machida M
    The 8th International Conference on Inverse Problems and Related Topics (ICIP) 2016年06月 口頭発表(招待・特別)
  • Half-order fractional inverse transport problems by Carleman estimates  [招待講演]
    Machida M
    NCTS PDE and Analysis Seminar 2016年05月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Transport-based optical tomography  [招待講演]
    町田 学
    AMED産学共創基礎基盤プログラム 2016年02月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Transport-based optical tomography
    Machida M
    Winter School in Imaging Science 2016年01月 口頭発表(一般)
  • The FN method in three dimensions
    Machida M
    24th International Conference on Transport Theory 2015年09月 口頭発表(一般)
  • The Green's function by the 3D FN method for inverse transport problems  [招待講演]
    Machida M
    American Mathematical Society Spring Southeastern Sectional Meeting 2015年03月 口頭発表(招待・特別)
  • Inverse Born series for the radiative transport equation  [招待講演]
    Machida M
    Society for Industrial and Applied Mathematics Annual Meeting 2014年07月 口頭発表(招待・特別)
  • 光の輸送現象とその逆問題  [招待講演]
    町田 学
    核物理×物性セミナー 2014年05月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Case's method in three dimensions  [招待講演]
    Machida M
    Society for Industrial Applied Mathematics Conference on Analysis of Partial Differential Equations 2013年12月 口頭発表(招待・特別)
  • Global Lipschitz stability for determining coefficients of the radiative transport equation  [招待講演]
    Machida M
    Inverse Problems Seminar 2013年10月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Light propagation in random media  [招待講演]
    Machida M
    Applied and Interdisciplinary Mathematics Seminar 2013年09月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Case's Method in Three Dimensions with Rotated Reference Frames
    Machida M
    23rd International Conference on Transport Theory 2013年09月 口頭発表(一般)
  • Recursion algorithm for the inverse Born series  [招待講演]
    Machida M
    Workshop on Computational Mathematics 2013年05月 口頭発表(招待・特別)
  • Transport in random media and inverse problems  [招待講演]
    Machida M
    Applied and Interdisciplinary Mathematics Seminar 2011年09月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Optical tomography  [招待講演]
    町田 学
    第1部セミナー 2010年12月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Inverse Problem for the Radiative Transport Equation with the Method of Rotated Reference Frames  [招待講演]
    Machida M; Panasyuk G; Schotland JC; Markel VA
    Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS) 2009年08月 口頭発表(招待・特別)
  • Optical tomography based on the method of rotated reference frames  [招待講演]
    Machida M; Panasyuk GY; Wang Z-M; Markel VA; Schotland JC
    Conference on Applied Inverse Problems (AIP) 2009年07月 口頭発表(招待・特別)
  • An efficient numerical method for the radiative transport equation: method of rotated reference frames  [招待講演]
    Machida M; Panasyuk GY; Markel VA; Schotland JC
    The 24th Progress in Electromagnetics Research Symposium 2008年07月 口頭発表(招待・特別)
  • Time-Dependent Conductivity in the Quantum Hall Effect
    Machida M; Hatano N; Goryo J
    APS March Meeting Denver 2007年03月 口頭発表(一般)
  • Temporal oscillation of conductivities in quantum Hall effect of Bloch electrons  [招待講演]
    町田 学
    古崎物性理論研究室セミナー 2007年01月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • A correction term to the Chern number of quantum Hall conductivity  [招待講演]
    町田 学
    安藤恒也研究室セミナー 2006年10月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • 量子ホール伝導度のチャーン数への補正項
    町田 学; 羽田野 直道; 御領 潤
    日本物理学会秋季大会 2006年09月 口頭発表(一般)
  • Temporal oscillation of conductances in the Hofstadter butterfly
    Machida M; Hatano N; Goryo J
    International Conference on Quantum Mechanics and Chaos 2006年09月 ポスター発表
  • Fluctuation of conductances in quantum Hall effect
    Machida M
    Dynamics and Relaxation in Complex Quantum and Classical Systems and Nanostructures 2006年08月 口頭発表(一般)
  • Quantum Fluctuation of the Hall Conductivity  [招待講演]
    Machida M
    Pizza Seminar 2006年06月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Temperature Dependence of ESR Intensity of the Nanomagnet V15  [招待講演]
    Machida M
    Quantum Condensed Matter Seminar 2006年05月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Temperature Dependence of ESR Intensity of the Nanomagnet V15  [招待講演]
    Machida M
    Condensed Matter Seminar 2006年05月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • Nonadiabatic transition in the quantum Hall effect
    Machida M; Hatano N; Goryo J
    American Physical Society March Meeting 2006年03月 口頭発表(一般)
  • Simulational study on the linear response for huge Hamiltonians - Temperature dependence of the ESR of a nanomagnet
    Machida M; Iitaka T; Miyashita S
    19th Annual Workshop Recent Developments in Computer Simulation Studies in Condensed Matter Physics 2006年02月 口頭発表(一般)
  • Nano quantum systems -Distribution of the spacing between two adjacent avoided crossings  [招待講演]
    Machida M
    Condensed Matter Seminar 2006年01月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • ブロッホ電子系の量子ホール効果 〜非断熱遷移によるチャーン数からの補正項
    町田 学; 羽田野 直道; 御領 潤
    CREST量子情報研究領域ワークショップ 2005年12月 ポスター発表
  • Numerical simulation of the temperature dependence of the ESR intensity of nanomagnet V15  [招待講演]
    Machida M
    The 2nd International Workshop on Simulational Physics 2005年12月 口頭発表(招待・特別)
  • 非交差間隔分布  [招待講演]
    町田 学
    非線形物理研究室セミナー 2005年10月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • 非交差間隔分布
    町田 学; 齊藤 圭司
    日本物理学会秋季大会 2005年09月 口頭発表(一般)
  • 分子磁性体V15におけるESR吸収強度の温度依存性とDM相互作用
    町田 学; 飯高 敏晃; 宮下 精二
    日本物理学会秋季大会 2005年09月 口頭発表(一般)
  • ESR intensity and anisotropy of nanoscale molecular magnet V15
    Machida M; Iitaka T; Miyashita S
    24th International Conference on Low Temperature Physics 2005年08月 口頭発表(一般)
  • Numerical study on ESR of V15
    Machida M; Iitaka T; Miyashita S
    Conference on Single Molecule Magnets and Hybrid Magnetic Nanostructures 2005年06月 ポスター発表
  • Numerical calculation of the Kubo formula for huge Hamiltonian quantum systems at finite temperature
    Machida M; Iitaka T; Miyashita S
    日本物理学会第60回年次大会 2005年03月 口頭発表(一般)
  • Spectral statistics and the Dzyaloshinsky-Moriya interaction of nanomagnet V15
    Machida M; Miyashita S
    First International Symposium on Nanometer-scale Quantum Physics (nanoPHYS'05) 2005年01月 ポスター発表
  • Eigenvalues of nanoscale molecular magnets
    Machida M; Miyashita S
    Chaos and Nonlinear Dynamics in Quantum-Mechanical and Macroscopic Systems 2004年12月 ポスター発表
  • V15のESRにおける吸収強度の温度依存性
    町田 学; 宮下 精二; 飯高 敏晃
    日本物理学会秋季大会 2004年09月 口頭発表(一般)
  • Anisotropy and Dzyaloshinsky-Moriya Interaction in V15
    Machida M; Miyashita S; Iitaka T
    International Conference on Statistical Physics of Quantum Systems 2004年07月 ポスター発表
  • パラメタ−を含む量子カオス系における非交差間隔分布
    町田 学; 齊藤 圭司
    量子力学とカオス:基礎的問題からナノサイエンスまで 2003年11月 ポスター発表
  • ランダム行列における摂動パラメター空間上の反交差間分布II
    町田 学; 齊藤 圭司
    日本物理学会秋季大会 2003年09月 口頭発表(一般)
  • V15のESRにおける異方性とDzyaloshinsky-Moriya相互作用
    町田 学; 宮下 精二
    日本物理学会秋季大会 2003年09月 口頭発表(一般)
  • パラメタ−に依存するランダム行列ハミルトニアンにおける拡散現象の振動数依存性
    町田 学; 齊藤 圭司; 宮下 精二
    日本物理学会第58回年次大会 2003年03月 口頭発表(一般)
  • 周期外場下における量子局在現象の振動数依存性
    町田 学
    基研研究会「量子カオス:理論と実験の現状」 2002年09月 口頭発表(一般)
  • ランダム行列における摂動パラメター空間上の反交差間分布
    町田 学; 齊藤 圭司
    日本物理学会秋季大会 2002年09月 口頭発表(一般)
  • Frequency Dependence of Quantum Localization in a Periodically Driven System
    Machida M; Saito K; Miyashita S
    Microscopic Chaos and Transport in Many-Particle Systems 2002年08月 ポスター発表
  • 周期外場下における量子局在現象の振動数依存性
    町田 学; 齊藤 圭司; 宮下 精二
    日本物理学会第57回年次大会 2002年03月 口頭発表(一般)
  • 周期外場下における量子局在現象の振動数依存性
    町田 学
    ISSP Theory Forum for the 21st Century 2002年03月 ポスター発表
  • 周期外場下における量子局在 現象の振動数依存性  [招待講演]
    町田 学
    量子ダイナミクスに関する研究会 2002年01月 口頭発表(招待・特別)
  • Response of systems with complex structure of levels to a varying external field
    Mashida M; Saito K; Miyashita S
    YITP International Workshop on Order, Disorder, and Dynamics in Quantum Spin Systems 2001年11月 ポスター発表
  • Response of systems with complex structure of levels to a varying external field
    Matida M; Saito K; Miyashita S
    International Workshop on Materials Simulation 2001年11月 ポスター発表
  • 複雑な非断熱遷移構造をもつ系の動的外場へのレスポンス
    町田 学; 齊藤 圭司; 宮下 精二
    日本物理学会秋季大会 2001年09月 口頭発表(一般)
  • パラメターの関数として複雑に変化するエネルギー準位の構造  [招待講演]
    町田 学
    量子ダイナミクス研究会 2001年02月 口頭発表(招待・特別)
  • The structure of energy levels which change in a complex manner as a function of a parameter  [招待講演]
    町田 学
    上田正仁研究室セミナー 2001年02月 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
  • 反交差の性質を中心としたパラメターの関数として複雑に変化するエネルギー準位の構造
    町田 学; 清水 明
    日本物理学会第55回年次大会 2000年09月 口頭発表(一般)
  • 量子カオス系の非交差におけるギャップの分布
    町田 学; 清水 明
    第8回非平衡系の統計物理シンポジウム 1999年11月 ポスター発表
  • 量子カオス系の準位のパラメター 依存性と非断熱遷移  [招待講演]
    町田 学; 清水 明
    量子ダイナミクス研究会 1999年09月 口頭発表(招待・特別)

所属学協会

  • 米国数学会   米国応用数理学会   日本物理学会   日本応用数理学会   

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業
    研究期間 : 2018年04月 -2023年03月 
    代表者 : 大江 貴司; 町田 学
     
    令和3年度は、令和2年度に開発した基本解の数値計算法を基に初期値をゼロとした境界値問題の数値解法を実装し、主に誤差の収束特性について数値実験により検討した。その結果、誤差の収束について、以下のことがわかった。(i) 空間変数については電荷点の個数に対し、指数関数的である。なお収束の速度は電荷点と拘束点の距離を大きくとった方が高い、(ii) 時間変数については時間刻み幅に対し、線型オーダーである。この中で、(i)の特性はLaplace方程式に対する代用電荷法が持っている性質と類似のものであり、好ましいものである。一方で、(ii) の特性は不満足ではあるものの、ある程度、予想されたものであった。これらの研究成果は、日本応用数理学会年会(2021年10月)および環瀬戸内応用数理研究部会第27回シンポジウムにおいて口頭発表を行った。 その後、層状領域への拡張を検討していたが、数値実験を進めていくうちに、時間刻み幅を小さくした場合に不安定性が生じることが判明した。線型安定解析に基づく分析を行った結果、電荷点と拘束点の距離を小さくすれば多少改善されるものの、この不安定性は今回用いている手法、すなわち時間方向について単純な線形和を取る手法が本質的に持っている性質であり、そのままの形での解決は困難であるものと考えられた。そのため、時間方向の近似手法を根本から考え直すことが必要となった。 年度末になり、時間依存問題に対する境界要素法の手法について調べた結果、Lubichが開発したConvolution Quadrature Method(CQM) を適用することで解決できるのではないかとの着想を得た。現在、CQMを適用した代用電荷法の数値計算法の開発を行い、予備的数値実験を行っている段階であるが、良好な結果を得つつある。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業
    研究期間 : 2017年04月 -2023年03月 
    代表者 : 町田 学
     
    多孔質媒体を水とともに流れる分子の輸送が輻射輸送方程式に支配されることをさらに検証した。以前の研究では半空間について輻射輸送方程式の解を求めたが、今回は実験を反映して両端の境界を考慮した。実験では、砂などを詰めたシリンダー状の容器にターゲット分子をまぜた水を流す。実験状況から、1次元の空間における輸送を扱った。輻射輸送方程式の解は固有モードの重ね合わせとして求める。斉次方程式は解析的に解くことができ、固有モードは数値計算せずに得られる。このとき、輻射輸送方程式の積分項を離散方位法によって離散化しておくと、固有モードに超関数が現れない。時間に依存する輻射輸送方程式を解いたが、ラプラス変換によって時間に依存しない方程式に帰着させた後、逆ラプラス変換で時間に依存する解を得た。逆ラプラス変換には二重指数関数型数値積分公式を利用した。吸収係数・散乱係数の異なる様々な実験の結果と比較したところ、いずれの場合にも輻射輸送方程式の解とよく合うことがわかった。
    光トモグラフィーの逆問題は非線型であり反復法におけるコスト関数は非常に複雑な多谷構造を持つ。反復法にかわる逆問題解法として、シミュレーテッドアニーリングの利用を検討した。この方法では、乱数を用いることで局所解から抜け出すことができる。最初の試みとして、輻射輸送方程式に対する拡散近似を用いた。拡散方程式による光トモグラフィーについてシミュレーテッドアニーリングの方法を試すことにより、この手法が有望であることがわかった。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業
    研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 
    代表者 : 星 詳子; 谷川 ゆかり; 清水 広介; 岡田 英史; 町田 学; 川口 拓之
     
    拡散光トモグラフィ(DOT)は、生体機能と構造情報を可視化できる生体光計測技術の中で最も高度な技術の一つである。DOT画像再構成アルゴリズムは、基本的に順問題解析と逆問題解析によって構成される。生体の光学特性値(吸収係数と換算散乱係数)は、順問題の条件設定や逆問題解析の初期値として必要であるが、その真の値は未だ不明である。本研究は、脳組織を灰白質と白質に分けて、それぞれの光学特性値をin situ計測することを目的とした。そのために、フェムト秒時間分解計測システムを構築して生きているラットとサルの脳を計測し、モンテカルロ法で作成したルックアップテーブルを用いて光学特性値を推定した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業
    研究期間 : 2005年 -2008年 
    代表者 : 羽田野 直道; 町田 学; 榊 裕之; 町田 学; 榊 裕之
     
    メゾスコピック系の電気伝導において、メゾスコピック系内の電子間相互作用や、メゾスコピック系に接続されている導線がどのような効果を及ぼすかを議論した。前者が多体の束縛状態を、後者が共鳴状態を生み出すことを明らかにした。

その他のリンク