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Development and applications of a non-linear discrete grey-level reconstruction method for electron tomography with a limited small number of images

Research Project

Project/Area Number 18K04891
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 28030:Nanomaterials-related
Research InstitutionKogakuin University

Principal Investigator

Baba Norio  工学院大学, 情報学部(情報工学部), 教授 (80164896)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 馬場 美鈴  工学院大学, 総合研究所(付置研究所), 研究員 (80435528)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords電子線トモグラフィ / 電子顕微鏡 / 逆問題 / 画像再構成 / 情報欠落問題 / ナノ材料 / ナノバイオ
Outline of Final Research Achievements

Electron tomography based on the same principle as the medical X-ray CT is widely applied to various fields of biological and material science for 3D structural analysis with nano-order resolution. However, because in general the projection images of all directions are not acquired from the reason of instrumental specialty and electron physics, the depth resolution of a tomogram is considerably low. In addition, because it needs nearly 100 electron micrographs, it takes hours and there is a serious problem in practicality.
As a result of this research, we devised a new tomographic image reconstruction method to solve these problems and created the practical software. Even if the image acquisition time is shortened from 1/4 to 1/5, a clear tomographic image can be obtained without degrading the resolution along the depth direction. It is also useful for other CT such as medical X-ray CT, MRI, neutron CT, etc.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

コンピュータ断層法(CT)では、全ての方向(0°~180°)の投影データが必要ですが、この研究で取り上げた電子線(CT)のように、限られた角度範囲(ここでの例で換算して、0°~140°)しかデータが得られないCTもあります。このようなとき、断層像は歪みぼやけた像となります。この問題を解決しました。与えられた情報だけから欠陥を補う新たな理論を構築しました。さらに、通常1°間隔で細かく投影データを取得する必要がありますが、放射線量を減らす必要から、この間隔を8°~10°と広げても鮮明な断層像が得られます。この演算方法を広く多くのCT装置に組み込めば大きく貢献できると考えています。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Invited: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Journal Article] Novel nonlinear reconstruction method with grey-level quantisation units for electron tomography2020

    • Author(s)
      Baba Norio, Kaneko Kenji, Baba Misuzu
    • Journal Title

      Science Report

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 20146-20161

    • DOI

      10.1038/s41598-020-77156-1

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generalized spot auto-focusing method with a high-definition auto-correlation function in transmission electron microscopy2019

    • Author(s)
      Isakozawa Shigeto、Baba Misuzu、Amano Junpei、Sakamoto Shohei、Baba Norio
    • Journal Title

      Microscopy

      Volume: 68 Issue: 5 Pages: 395-412

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfz028

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      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A nuclear membrane-derived structure associated with Atg8 is involved in the sequestration of selective cargo, the Cvt complex, during autophagosome formation in yeast2018

    • Author(s)
      Baba Misuzu、Tomonaga Sachihiko、Suzuki Masato、Gen Maeda、Takeda Eigo、Matsuura Akira、Kamada Yoshiaki、Baba Norio
    • Journal Title

      Autophagy

      Volume: 15 Issue: 3 Pages: 423-437

    • DOI

      10.1080/15548627.2018.1525475

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 濃度量子を用いた非線形再構成法2018

    • Author(s)
      馬場則男、金子賢治
    • Journal Title

      顕微鏡

      Volume: 53 Pages: 103-107

    • NAID

      130007686982

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      日本顕微鏡学会第75回学術講演会
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      前田 元, 馬場美鈴、馬場則男
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      ナノテスティング学会 第6回生物計測応用研究会
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      馬場則男, 藤田直弘
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      馬場 則男,前田 元,馬場 美鈴
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      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
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      天野 純平,坂本 祥平,砂子沢 成人,馬場 則男
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
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  • [Presentation] SEM連続試料傾斜像の逆投影による表面形態の3次元復元2018

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      藤田 直弘,馬場 則男,牛木 辰男
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      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
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  • [Presentation] 機械学習による電子顕微鏡像の特定物体のセグメンテーション及び輪郭線抽出手法2018

    • Author(s)
      前田 元,手塚 聖貴,坂本 祥平,馬場 美鈴,馬場 則男
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
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  • [Presentation] 選択的積荷をオートファゴソームに隔離する仕組みの形態解析2018

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      馬場 美鈴,前田 元,武田 英吾,松浦 彰,鎌田 芳彰,馬場 則男
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
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  • [Presentation] 電子線トモグラフィによる排ガス浄化触媒内部の3D観察2018

    • Author(s)
      石川 裕之,長尾 諭,森川 彰,須田 明彦,藤田 直弘,馬場 則男
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラム2020

    • Inventor(s)
      馬場則男
    • Industrial Property Rights Holder
      学校法人工学院大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-206124
    • Filing Date
      2020
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラム2019

    • Inventor(s)
      馬場則男
    • Industrial Property Rights Holder
      学校法人工学院大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-228488
    • Filing Date
      2019
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラム2019

    • Inventor(s)
      馬場則男
    • Industrial Property Rights Holder
      学校法人工学院大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-228489
    • Filing Date
      2019
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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