2016 Fiscal Year Annual Research Report
Non-rigid image alignment baed on a local deformation of kernel density functions
| Project/Area Number |
15K16087
|
|---|
| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
徳永 旭将 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (50614806)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | バイオイメージインフォマティクス / 非剛体イメージアライメント / 非剛体イメージレジストレーション / EMアルゴリズム / マルコフ確率場 / 医療画像処理 / 最適化 / データサイエンス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生物画像を想定した汎用的なイメージアライメント法の開発を行うことを目的としている。イメージアライメントは、異なる条件下で計測された複数の画像を同一の座標系に変換することで、定量的比較を容易にする技術である。一般には、アフィン変換やBスプライン関数などで画像の変形過程をモデル化し、2種類の画像の類似性（2乗誤差など）を最小にするパラメータを推定することで、位置合わせを達成する。しかしながら、医療画像や生物画像の解析では、血管や神経突起のような細長く複雑な画像同士を比較するシーンが頻繁に発生する。このような状況では、従来のアライメント手法は正常に機能しない。そこで本研究では、カーネル密度推定によりデジタル画像を連続な関数で近似することにより、アライメント問題を連続関数の最適化問題として新しく定式化し、EMアルゴリズムに基づく安定的な最適化プロセスを実現するアライメント手法の開発を行った。前年度までに、2次元の生物画像を想定したアルゴリズムのプロトタイプの実装を完了した。今年度は、計算時間のボトルネックを解消するため、制御点のアダプティブ配置と計算に用いるピクセルの逐次サンプリングを導入した。これにより、計算時間を従来の1/3程度に抑えることができ、3次元画像への適用も視野に入った。血管や神経突起を模したテストデータを生成し、提案手法と従来手法の性能比較を行った。従来手法は、elastixやMIRTなど、広く用いられている非剛体レジストレーションライブラリから複数選択した。実験では、提案手法が既存手法と比べ、血管状の構造物に対し高い精度で位置合わせできることを示した。本研究で開発したアライメント手法の要素技術については、神経科学分野におけるプロジェクト研究やコンピュータグラフィックス分野におけるモデリング技法など、他分野の応用研究にも活用している。
|
Research Products
(12 results)
-
-
[Presentation] 線虫の中枢神経系全体の カルシウムイメージングによる神経回路メカニズムの解析2017
Author(s)
石原健, 寺本孝行, 豊島有, 徳永旭将, ステファン・ウー, 広瀬修, 大江紗, ジャン・ム ンソン, 佐藤博文, 滝沢拓 己, 久下小百合, 岩崎唯史, 吉田亮, 飯野雄一, 石健
Organizer
生命動態四拠点・CREST・ PRESTO・QBiC合同シンポジウム
Place of Presentation
理化学研究所生命システム研究センター（大阪府吹田市古江台6丁目2-4）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-18
Invited
-
-
[Presentation] 線虫C.elegansの頭部神経 系全体のGCaMP6fを用いた活動解析2016
Author(s)
Suzu Oe, Takumi Katsume, Takayuki Teramoto, Yu Toyoshima, Terumasa Tokunaga, Stephan Wu, Osamu Hirose, Jang Moon- Sun, Hirofumi Sato, Hiroki Takizawa, Sayuri Kuge, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Yuichi Iino, Takeshi Ishihara
Organizer
第39回日本分子生物学会
Place of Presentation
パシフィコ横浜（神奈川県横浜市西区みなとみらい１丁目１－１）
Year and Date
2016-11-30 – 2016-12-02
-
[Presentation] A machine learning pipeline for whole brain imaging of Caenorhabditis elegans: cell tracking, quantification, annotation and visualization2016
Author(s)
Stephen Wu, 徳永旭将, 広 瀬修, 豊島有, 寺本孝行, 岩 崎唯史, 石原健, 飯野雄一, 吉田亮
Organizer
BioImage Informatics conference 2016
Place of Presentation
Breakthrough & Discovery Theatrette, Level 4 Matrix, Biopolis, 30 Biopolis Street (Singapore)
Year and Date
2016-10-10 – 2016-10-10
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] 機械学習に基づく線虫Cエレガンスの全脳イメージング解析2016
Author(s)
Stephen Wu, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Yu Toyoshima, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino, Ryo Yoshida
Organizer
統計関連連合大会2016
Place of Presentation
金沢大学（石川県金沢市角間町）
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-07
-
-
-
-
[Presentation] A machine learning pipeline for whole brain imaging of Caenorhabditis elegans: cell tracking, quantification, annotation and visualization2016
Author(s)
Stephen Wu, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Yu Toyoshima, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino, Ryo Yoshida
Organizer
バイオイメージインフォマティクスワークショップ2016
Place of Presentation
大阪大学（大阪府吹田市山田丘2-2）
Year and Date
2016-06-22 – 2016-06-23
Int'l Joint Research
-
