2004 Fiscal Year Annual Research Report
超音波画像を用いた下肢切断者内部組織の自動輪郭抽出と三次元画像構築
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16500358
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小山 浩幸 芝浦工業大学, システム工学部, 教授 (40052881)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米田 隆志 芝浦工業大学, システム工学部, 教授 (90011030)
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| Keywords | 超音波画像 / 下肢切断者 / 義足ソケット / 下肢内部組織 / 自動輪郭抽出 / 三次元画像 / 筋線維 / CAD / CAM |
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| Research Abstract |
コンピュータ支援による義足設計製作システムは、超音波画像診断装置により撮影された下肢切断者の画像から、内部組織の各組織を識別し、その組織の輪郭を自動抽出する。自動抽出された組織を三次元画像構築した後、三次元データを基に力学解析を行いCAD/CAMシステムで義足を製作するシステムである。本研究は、このコンピュータ支援による義足製作システムのうち、下肢の超音波画像の皮膚層、脂肪層、筋肉、骨の各組織を識別し、その組織の輪郭の自動抽出を行うことと三次元画像構築化を行い、義足支援システムへの導入を図ることを目的とする。さらに、筋肉の識別として筋線維の自動抽出を行うが、この手法を用いて筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発を行い、ヒトの不随運動である伸張反射応答のメカニズムを明らかにするものである。
平成16年度の研究実績は、下肢が動かないようにした状態での撮影装置を開発し、健常者による撮影を行うとともに、超音波画像の二次元での画像合成を行うソフトウエア開発を行い、下肢断面の画像を得た。さらに、この画像から皮膚層、脂肪層、筋肉、骨の各組織の領域抽出を行うためのアルゴリズムを考案し自動抽出を試みた。各組織の輪郭抽出には重み付き分離度と輪郭の平滑化を用いた。皮膚層と脂肪層の区別はつかないものの、二つが合わさった層と筋肉を定量的に抽出することができた。しかし骨に関しては一部分輪郭抽出ができず今後の課題である。
筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発では、従来、静止画像から手作業で抽出していたものを、まず静止画像から腱膜と多数の筋線維を抽出する方法として、分離度フィルターと2値化・ラベリング及び最適化法を採用し、ソフトウエアを作成した。このソフトウエアの評価として、下肢の超音波画像により実際の筋線維の抽出を行った結果、1枚の超音波画像から50本以上の筋線維を抽出することができた。
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