2016 Fiscal Year Annual Research Report
高輝度小型パターン光源を用いた３次元内視鏡の開発と人体消化器官計測の試み
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15H02779
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| Research Institution | Hiroshima City University |
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Principal Investigator |
古川 亮 広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (50295838)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川崎 洋 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80361393)
佐川 立昌 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (30362627)
田中 信治 広島大学, 病院(医), 教授 (00260670)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 内視鏡 / ３次元計測 / 能動ステレオ法 / 回折光学素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２８年度には、「(a)高輝度、長焦点深度のパターン光源の開発」「(b)複数の計測結果の統合による広範囲かつ高精度の形状情報の獲得」「(c)生体組織の鏡面反射による形状推定」「(d)生体組織の表面下散乱のシミュレートによる形状推定」の研究を行う予定であった。
(a)の課題については、内視鏡の鉗子孔に挿入可能な、高輝度、長焦点深度のパターン光源の開発に成功し、目標を達成することができた。この結果については、ECCV, EMBCなどの国際会議で発表済みである。
(b)の課題については、連続的に計測された画像群からそれぞれの範囲の形状を計測し、さらに各形状を統合して単一の形状モデルを生成することに成功した。これにより、口内の広い範囲を、内視鏡を動かしながら観測し、統合されたモデルを出力することができた。
(c)の課題は、計測画像中のハイライトによる復元失敗を軽減することが目的であったが、この目標を達成するための代わりの手法として、「(c')計測画像のＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画像化による３次元計測の安定化」の研究を進めている。高輝度パターン光源を点滅させることで内視鏡画像のＨＤＲ画像を生成することで、３次元画像を安定して行うことのできることを確認した。
(d)の課題は、もともとは計測画像でのパターンのボケなどに対応することが目的であったが、現在、この目標を達成するための代わりの手法として、「(d')学習によるパターン特徴の抽出」の研究を進めている。実際にSVM学習器により、線パターンの計測に成功した。ただし、実用的には、さらに計測結果を安定させる必要があり、そのために研究開発を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成２８年度までに、計測システム全体としての完成を目指してきた。このために、「(a)高輝度、長焦点深度のパターン光源の開発」「(b)複数の計測結果の統合による広範囲かつ高精度の形状情報の獲得」「(c')計測画像のＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画像化による３次元計測の安定化」については、すでに計測システムで組み込める状態での実装が完了している。これにより、基本的な計測装置と、３次元復元システムは、稼働状態になっており、計測システムとして動作可能にするという目標は達成されつつある。実際に、口内など、生体組織の計測を行い、投光器のパターン投影の状態や画質の状態が良い場合には、安定した３次元計測結果が得られることを確認済みである。
ただし、投光器の光学系の曇りや、水滴などにより、投影パターンのノイズが増えたり、予想外に大きなボケが生じた場合などには、計測が失敗する場合がある。最終目標である人体内部の計測を実現するためには、生体組織の計測が安定して行える必要があるため、安定性の向上は必須である。このため、３次元計測の安定性を高める課題「(c')計測画像のＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画像化による３次元計測の安定化」「(d')学習によるパターン特徴の抽出」について、改良を進める必要がある。
計測システムとしては稼働状態になりつつあるものの、安定性の課題が残っているということで、自己点検評価としては、「やや遅れている」という評価にした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度は、これまで研究してきたシステムについて、性能評価等を行い、実際に人体内部の計測を行うことを目指す。すでに、生体組織において、画質などの状況が良い場合には、安定して３次元計測が行えることを確認している。
ただし、投光器の状況（光学系の曇りや水滴の影響など）によっては、パターンにノイズが生じたり、予想外に大きなボケが生じたりして、計測が失敗する場合がある。こうした状況での安定性を向上させるために、３次元計測の安定性を高める課題「(c')計測画像のＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画像化による３次元計測の安定化」「(d')学習によるパターン特徴の抽出」について、改良を進める必要がある。さらに、システム全体について、画像処理アルゴリズムを見直すことで、ノイズやパターンボケへの耐性をさらに高められるように研究を行う。
また、豚の胃袋など、内視鏡での実験に利用される生体組織や、あるいは内視鏡術者の練習用の人体模型などを利用して、計測実験を行い、計測システムの問題点を洗い出すとともに、実際の人体での実験の可否について検討する。人体での実験の可否についての判断は、広島大学病院の研究分担者と、研究代表者が相談しながら、総合的に判断する。
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[Presentation] 3D endoscope system using DOE projector2016
Author(s)
Ryo Furukawa, Yoji Sanomura, Shinji Tanaka, Shigeto Yoshida, Ryusuke Sagawa, Marco Visentini-Scarzanella, Hiroshi Kawasaki
Organizer
Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2016 IEEE 38th Annual International Conference of the
Place of Presentation
Orlando, USA
Year and Date
2016-08-16 – 2016-08-20
Int'l Joint Research
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