2017 Fiscal Year Research-status Report
統計的画像処理法と圧縮センシングによるコーンビーム型Ｘ線ＣＴ画像の高画質な再構成
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15K11065
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
早川 吉彦 北見工業大学, 工学部, 准教授 (70164928)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | X線CT画像 / 統計的画像再構成法 / 逐次近似法 / 圧縮センシング / 歯顎顔面画像診断 / 被ばく軽減 / 全変動正則化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
不完全な投影データを用いたり，投影データの削減を行ったりした場合，X線CT画像再構成にどのような影響が出るか，統計的再構成法アルゴリズムで画質が維持されるか検討した．投影データを間引いて削減したり，投影角度を制限すると，患者の被ばく線量が格段に下がったり，装置のコンパクト化にも影響する。
統計的画像処理法であるART（Algebraic Reconstruction Technique）法とML-EM（maximum likelihood- expectation maximization）法についてフィルタ補正逆投影法（Filtered Back-Projection）と比較して示した。スパースモデリングによる圧縮センシングを利用して，全変動（total variation）正則化をキー技術として，投影データ量を削減可能な処理法の開発を行った。そして，360度ないし180度の投影データに対し，X線CT画像再構成に用いるプロジェクションデータを約10分の1まで減らしたとき再構成画像に対する影響を調べた．
顎顔面領域を描出しているMDCT画像に対して実行したところ，ARTあるいはML-EMとTV正則化を組み合わせて，投影データの大きな削減（最大で10分の1）の実現可能性を示した。また，従来のフィルタ補正逆投影法との明確な違いやARTと組み合わせたときのTV正則化の有効性も明らかにした。しかも，TV正則化は計算負荷の増大を示さなかった。先験的画像制約付きの加重TVを与えた場合も，スパースな投影データに対し劣化のない画像再構成ができた。
統計的再構成アルゴリズムを用いたときはFPB法よりも画質劣化が起きていなかった。X線CT画像の再構成において投影データを10分の1に減らせる可能性を示した。TV正則化は計算負荷も顕著に増加させないため，臨床応用可能な新知見を得たと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
統計的画像処理法であるART法とML-EM法とTV正則化を組み合わせて，投影データの大きな削減（最大で10分の1）の実現可能性を示した。また，従来のフィルタ補正逆投影法との明確な違いやARTと組み合わせたときのTV正則化の有効性も明らかにした。不完全な投影データに対して，通常のフィルタ補正逆投影法と比較して優位性があることが示された。
360度ないし180度の投影データに対し，X線CT画像再構成に用いるプロジェクションデータを2分の1または4分の１に減らしたとき，FBP法ではアーチファクトの多い画像になってしまったが，ART法やML-EM法では，診断的価値を落とすことがなさそうな程度の画質が維持できた。ARTあるいはML-EMとTV正則化を組み合わせ，すなわち，圧縮センシングで10分の１まで削減しても画質が維持される可能性を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
4年目の平成30年度から，歯科用コーンビームCT画像でMDCT画像と同様な処理をすることに取り組む。また，疎性センシング，圧縮センシングによるアルゴリズムの開発，最適な設計に力を入れる。また，有用性が明らかとなったARTとML-EM法について，先験的画像制約付きの加重TVを与えた場合における投影データ量と画質の最適な関係はさらに検討する必要があると考えている。このようなパラメータの最適化により実装化を図る。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が50万円発生した。高速演算のために「GPGPUマシン」は購入した。しかし，そのほかの消耗品の支出は少なかった。また，国際会議への出張旅費に支出しなかったためである。組織委員を務めるCARS(Computer Assisted Radiology & Surgery)国際会議には参加したが，科研費からは旅費を支出しなかった。このふたつが主な理由である。
4年目には，MDCT画像とコーンビームCT（CBCT）画像の処理を並行・並列して行いたいので，特に３次元画像処理における演算速度の高速化のためにGPGPUマシンの新規に購入する。コストパフォーマンスも年々よくなっている。次年度使用額を今年度請求額に合算して使用する。
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Research Products
(2 results)
