2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of real-time coding imaging method for minimally invasive in vivo nano measurement of the heart
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17K15102
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
新谷 正嶺 中部大学, 生命健康科学部, 助教 (40650536)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コンピュテーショナルフォトグラフィ / 心臓イメージング / ロボット顕微鏡システム / 符号化撮像 / 画像解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光学顕微鏡は、静的で平面的な、培養細胞などの観察が得意である一方で、動的で立体的な、拍動する心臓などの観察を苦手とする。本研究課題では、光学顕微鏡システムに、カメラで撮像した像を最終的な像ではなく解析処理を行なうための中間像とするコンピュテーショナルフォトグラフィの方法を導入し、本来苦手であるはずの拍動する心臓の高分解能イメージングの実現を試みるものである。
まず、カメラを撮像時に平行移動させながら像を撮ることでモーションブラーを符号化させる方法と近しい符号化撮像の方法を、電圧でピントを制御できる液体レンズを組み込んだ光学顕微鏡を構築することで実現させた。モーターなどの駆動部位の不在による低ノイズ性や高い駆動速度、持続的撮像が可能な動かし方の実現などの利点を見出せている。この方法に、デコンボリューション処理を併用することで、観察平面と垂直な方向の観察可能領域を広めることに成功した。
また、テンプレートマッチングに基づく注目対象の位置推定と、その近傍の局所画像を用いた畳み込みニューラルネットワークによる状態識別(どのグループにどれだけ近しいかの確率分布を算出する)を行なうアルゴリズムを作成することに成功した。このアルゴリズムで、横紋筋の収縮振動を行なう際の、1つのサルコメアを追跡し、その近傍の画像を判定に用いることで、収縮状態と弛緩状態のどちらに近いかの確率分布を返す処理が可能になった。観察平面と垂直な方向のピントズレに対して、上下どちらの方向へのズレであるか識別するなどのフィードバックシステムへの活用が期待できる成果であると認識している。
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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
まず、光学顕微鏡系を、ブレッドボード上にレンズ等の光学素子を並べる方法で自作することに成功した。この結果、光路上の素子の位置や種類を変更したり、様々な素子を追加するのがきわめて容易な光学顕微鏡システムの基本形を得ることが出来た。実際、液体レンズなどの符号化のためのリアルタイム制御が可能なシステムを導入することに成功し、コンピュテーショナルフォトグラフィの理念に従う、後の解析を前提とした中間像の撮像システムの構築に成功した。また、畳み込みニューラルネットワークとテンプレートマッチングを組み合わせた処理システムを作成することに成功し、論文報告することが出来た。心臓計測を行なう前の工学的な要素技術の実装を成功させつつあるため、順調に進展していると分析している。
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| Strategy for Future Research Activity |
作成した光学顕微鏡システムの性能の定量評価の方法も確立し、ラットのIn vivo 心臓 imagingに必要な要求水準を満たすか否かを確かめる。また、作成した光学顕微鏡システムを用いた、心臓を中心としたイメージングに挑戦し、従来の光学顕微鏡では得られなかった像の撮影を遂行する。
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| Causes of Carryover |
年度末に職場の移動があり、新しい職場での実験環境のセットアップが必要となった。そのため、年度末に想定外の必需品の購入が必要になる可能性があり、そのための予算として、残り僅かとなった本研究費の残額を早めに使い切らないよう運用した結果、若干の金額を残すこととなった。
残額は次年度予算と合算して、研究遂行に必要な消耗品の購入に当てる。
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[Journal Article] Dynamic properties of bio-motile systems as a liquid-crystalline structure2017
Author(s)
Ishiwata S, Miyazaki M, Sato K, Nakagome K, Shintani SA, Kobirumaki-Shimozawa F, Fukuda N, Suzuki K, Takagi J, Shimamoto Y, Itabashi T
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Journal Title
Mol. Cryst. Liq. Cryst
Volume: 647
Pages: 127-150
DOI
Peer Reviewed
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