2016 Fiscal Year Research-status Report
密に群れた場合の接触・隠蔽を考慮した細胞等変形移動体の確率的動線解析に関する研究
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16K06387
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
近藤 克哉 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00295750)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三柴 数 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40609038)
小山田 雄仁 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30708615)
栗政 明弘 東北医科薬科大学, 医学部, 教授 (80343276)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 計測工学 / 画像解析 / 細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
密に群れた細胞，生物，人などの動線の定量的解析には，精度よく個々を分離して動きを追跡することが不可欠である．本課題では，頻繁に近接し相互に接触し，さらには交差し隠蔽が発生するなど，密に群れた環境下での特有の課題に対処可能な確率的手法を確立して，この手法を用いた定量的解析の適用範囲，応用範囲を増やすことなどが目的である．細胞の系譜・周期の情報や，人などの渋滞態様を知るための動線解析を扱い，実用的な動線イメージングを行うとともに，また固定カメラによる画像データに限定せず，カメラが動く場合の解析へ展開する．
提案する動線解析の手法は，その原理から解析対象を限定するものでなく適用範囲は広く，駅構内やイベント会場など非常に混雑した場面での人物，自然界での魚や鳥の群れや細胞の分化過程などを対象として，人や生物などの数と個々の動きを正確に推定し，動線を解析する．28年度は，細胞検出追跡の評価，細胞系譜解析を評価しながら，細胞の検出，動線の時空間表現を計算し，動線評価のための動線イメージングを開発した．細胞撮像時，画像内の細胞はそれぞれ異なる輝度分布をもち，またその形状が種々変化することも多いが，そのような場合にも解析可能で，また細胞を比較的大きく撮像した場合などは，とくに解析処理上その影響が大きいが，このようなフレーム間での輝度特徴の変化が大きな場合の実際的な問題を扱い，これまで困難であった検出対象の個々の輝度が相互に大きな場合にも対処可能な動線イメージングを開発し，多様な対象について解析可能とした．
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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
ほぼ計画通りの実験結果が得られており，申請計画に沿って進捗している．28年度は，主に輝度分布の大きく異なる細胞が混在する場合について，細胞検出・追跡および動線をイメージングした．検出追跡が可能になったことに加え，細胞の系譜図を評価できるようになった．細胞解析は専門家（分担者）により評価しながら進めている．とくに細胞の実際的・応用上の問題を扱い，これまで動線評価・系譜図の作成が困難であった場合についても時間的・空間的変化の評価可能なイメージングを実現した．これは細胞に限らず，平面上を動く人についても適用可能で，動線の3次元空間表現（2次元平面と時間軸の3次元空間内に動線を表現）により動きを評価できる．おおむね予定通りに進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後，大まかには以下の項目を実施する．移動体の時空間表現の計算と応用展開，カメラが動く場合の解析，細胞の系譜イメージングと評価，奥行解析の原理，奥行きシーンの動線イメージング．
とくに細胞の系譜解析と奥行きのあるシーンについては以下の通りである．
１．動線解析，細胞の系譜解析について
時系列方向に細胞個数が増えていく様子に加え，細胞がどの親細胞に由来するかの系譜，またその周期を実用的な範囲で分析する．バイオインフォマティクス分野において，これら系譜や周期等の細胞情報はきわめて重要であり，正確な細胞検出と追跡，正確な系譜情報を細胞観察・評価を加えつつ進める．時間方向と空間方向のゆらぎを吸収して動きの特徴を解析するが，単一時刻での検出でなく動線として見た場合に，どこまで測定限界を高められるかについても検討する．
２．奥行きのあるシーンへの展開について
解析対象を奥行きのあるシーンや，カメラが動く場合の画像データへ展開する．空中や水中で奥行き方向を含めて動く魚や鳥のような生物について，群れている場合は相互に同方向に移動する性質から，異なる動きを分離することで奥行き方向を区別して動線を描く手法なども検討する．
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| Causes of Carryover |
研究分担者の所属が，平成28年4月から新設の東北医科薬科大学医学部に変更となった．新設であるため28年度，当該医学部共用設備としての顕微鏡を含む新規の実験設備の整備を進めているが，整備計画および調達に時間を要している．順次整備が進むにつれて，この最新設備を利用した細胞撮像ができるようになると考えられる．研究進捗上は，すでに撮影した細胞画像があるため，急いで撮像する必要はなく，28年度使用予定であった細胞撮像に要する経費は，その整備状況をみながら支出する方が合理的であるため，次年度以降に繰り越すこととした．すでに取得済みの細胞や，また細胞以外の画像を有しているため，上記事情の影響は限定的で，全体への進捗遅れはない．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越分は29年度以降の配分額と合わせて，画像取得に必要な細胞培養関係の消耗品，それを保存するための機器を中心に使用する．また研究打合せのために必要な旅費等に使用する．
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