一般化N次元PCAに基づく人体臓器の統計ボリュームモデリングと診断支援への応用

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21300070
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 陳 延偉 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (60236841)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 弘美 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (10268154) ; 田中 覚 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (60251980) ; 佐藤 嘉伸 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (70243219) ; 古川 顕 滋賀医科大学, 医学部, 准教授 (80199421) ; 森川 茂廣 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (60220042)
• Keywords: 一般化N次元主成分分析 / 統計ボリュームモデル / 統計テキスチャモデル / 成分選択 / CT / 肝臓 / 機械学習 / 計算機支援診断

Research Abstract

研究の3年目の平成23年においては、一般化N次元主成分分析(GND-PCA)を用いた臓器の濃度値(テキスチャ)の統計モデリング(統計テキスチャモデリング)のフレームワークを提案し、肝臓の統計テキスチャモデルを始めて構築した。また、統計ボリュームモデル(統計テキスチャモデルと統計形状モデル)が肝臓疾患の診断に有効であることを示した。さらに、一般化N次元主成分分析を理論的に発展させ、新たな線形テンソル符号化(LTC : Linear Tensor Coding)法を提案した。具体的な成果を以下に示す。
【成果1:GND-PCAを用いた臓器のテキスチャモデリング法】
各臓器のバリエーションには、形状バリエーションと濃度(テキスチャ)バリエーションがある。濃度(テキスチャ)バリエーションを求めるためには、症例間の形状バリエーションを除去する必要がある。本研究では、GND-PCAと3次元形状正規化法の併用に統計テキスチャモデリング法を確立した。3次元形状正規化法として、FFD(Free Form Deformation)による非剛体ボリューム変形法を開発し、各症例肝臓を平均肝臓ボリュームに変形し、形状の正規化を行った後、GND-PCAによるテキスチャのみの統計モデリングを行う。正規化法を用いない場合に比べて、正確にテキスチャのバリエーションを記述することができた。また、従来の主成分分析に比べ、小数のサンプルからも汎化能力のある統計モデルを構築できた。
【成果2:肝臓疾患診断への応用】
本研究で構築した肝臓の統計ボリュームモデル(統計テキスチャモデルと統計形状モデル)を用いて肝臓疾患の診断に応用し、その有効性を示した。統計テキスチャモデルは腫瘍などの疾患に有効であり、統計形状モデルは肝硬変などの疾患診断に有効であることがわかった。
【成果3:新たな線形テンソル符号化法の提案】
GND-PCAをさらに拡張し、新たな線形テンソル符号化(LTC : Linear Tensor Coding)法を提案した。LTC法において、ボリュームデータはいくつかのテンソル基底の線形和として表される。それらの基底がある特定の疾患を表す基底となるので、基底の係数はそれらの特定疾患の尺度として用いることができる。

Research Products

• [Journal Article] Application of ICA to X-ray coronary digital subtraction angiography (2012)
  • Author(s): Songyuan Tang, Yongtian Wang, Yen-Wei Chen
  • Journal Title: Neurocomputing Volume: Vol.79 Pages: 168-172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multilinear Supervised Neighborhood Embedding of Local Descriptor Tensor for Scene/object Recognition (2012)
  • Author(s): Xian-Hua Han, Yen-Wei Chen, Xiang Ruan
  • Journal Title: IEEE Trans.on Image Processing Volume: 21 Pages: 1314-1326
  • DOI: 10.1109/TIP.2011.2168417
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A robust method based on ICA and mixture sparsity for edge detection in medical images for edge detection in medical images (2011)
  • Author(s): Xian-Hua Han, Yen-Wei Chen
  • Journal Title: Signal Image and Video Processing Volume: Vol.5 Pages: 39-47
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Statistical Texture Model of the Liver Based on Generalized N-dimensional Principal Component Analysis (GND-PCA)and 3D Shape Normalization (2011)
  • Author(s): Xu Qiao, Yen-Wei Chen
  • Journal Title: International Journal of Biomedical Imaging Volume: Vol.2011 Pages: ID601672
  • DOI: 10.1155/2011/601672
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biomedical Imaging Modality Classification Using Combined Visual Features and Textual Terms (2011)
  • Author(s): Xian-Hua Han, Yen-Wei Chen
  • Journal Title: International Journal of Biomedical Imaging Volume: Vol.2011 Pages: ID241396
  • DOI: 10.1155/2011/241396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Global Selection vs Local Ordering of Color SIFT Independent Components for Object/Scene Classification (2011)
  • Author(s): Danni Ai, Xianhua Han, Xiang Ruan, Yen-Wei Chen
  • Journal Title: IEICE Transactions Volume: Vol.E94-D Pages: 1800-1808
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 勾配情報に基づくエッジ保存補間と超解像技術への応用 (2011)
  • Author(s): 岩本祐太郎、韓先花、健山智子、大橋基範、笹谷聡、陳延偉
  • Journal Title: 電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌) Volume: 131 Pages: 1901-1906
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.131.1901
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Canonical Correlation Analysis of Local Feature Set for View-Based Object Recognition (2011)
  • Author(s): Xian-Hua Han, Yen-Wei Chen and Xiang Ruan
  • Organizer: IEEE International Conference on Image Processing
  • Place of Presentation: Brussels, Belguim
  • Year and Date: 20110911-14
• [Presentation] HIGH FREQUENCY COMPENSATED FACE HALLUCINATION (2011)
  • Author(s): So Sasatani, Xian-Hua Han, Takanori Igarashi, Motonori Ohashi, Yutaro Iwamoto, Yen-Wei Chen
  • Organizer: IEEE International Conference on Image Processing
  • Place of Presentation: Brussels, Belguim
  • Year and Date: 20110911-14
• [Presentation] Digital Atlases of Human Anatomy and Their Applications to Computer Assisted Diagnosis (2011)
  • Author(s): Yen-Wei Chen
  • Organizer: International Conference on Computer Sciences and Convergence Information Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] Cross-sectional Imaging of the Bowel (2011)
  • Author(s): Akira Furukawa, Shuzo Kanasaki, Makoto Wakamiya, Kiyoshi Murata, Xin Wu, Tomoko Tateyama, Yen-Wei Chen
  • Organizer: International Conference on Computer Sciences and Convergence Information Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] Diagnosis of liver cirrhosis with the use of multi-detector row computed tomography (MDCT) : morphological approach and quantitative approach using statistical geometric hepatic model (2011)
  • Author(s): Shuzo Kanasaki, Akira Furukawa, Makoto Wakamiya, Kiyoshi Murata, Shinya Kohara, Tomoko Tateyama, Xian-hua Han, Yen-Wei Chen
  • Organizer: International Conference on Computer Sciences and Convergence Information Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] 3D Visualization of Liver and Its Vascular Structures and Surgical Planning System--Surgical Simulation-- (2011)
  • Author(s): Tsukasa SHINDO, Tomoko TATEYAMA, Amir HOSSEIN FORUZAN, Xianhua HAN, Kosuke MIYAWAKI, Takumi TSUDA, Masaki KAIBORI, Masanori KON, Huiyan JIAMG, Yen-Wei CHEN
  • Organizer: International Conference on Computer Sciences and Convergence Information Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] Shape Representation of Human Anatomy Using Spherical Harmonic Basis Function (2011)
  • Author(s): Tomoko Tateyama, Megumi Okegawa, Shinya Kohara, Xianhua Han, Shuzo Kanasaki, Akira Furukawa, Huiyan Jiang, Kiyoshi Murata, Yen-Wei Chen
  • Organizer: International Conference on Computer Sciences and Convergence Information Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] Preliminary Study on Statistical Shape Model Applied to Diagnosis of Liver Cirrhosis (2011)
  • Author(s): Shinya Kohara, Tomoko Tateyama, Amir Hossein Foruzan, Akira Furukawa, Shuzo Kanasaki, Makoto Wakamiya, Xiong Wei, Yen-Wei Chen
  • Organizer: IEEE International Conference on Image Processing
  • Place of Presentation: Brussels, Belguim
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] CT IMAGE CONTRAST ENHANCEMENT AND LIVER TUMOR DETECTION BY USING PROBABILITY DENSITY FUNCTION AND EM/MPM ALGORITHM (2011)
  • Author(s): Yu Masuda, Tomoko Tateyama, Wei Xiong, Jiayin Zhou, Makoto Wakamiya, Syuzo Kanasaki, Akira Furukawa, Yen Wei Chen
  • Organizer: IEEE International Conference on Image Processing
  • Place of Presentation: Brussels, Belguim
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] Batch-incremental Principal Component Analysis with Exact Mean Update (2011)
  • Author(s): Guifang Duan, Yen-Wei Chen
  • Organizer: IEEE International Conference on Image Processing
  • Place of Presentation: Brussels, Belguim
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] 学習ベース超解像技術 (2011)
  • Author(s): 陳延偉
  • Organizer: 電子情報通信学会医用画像研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-13
• [Presentation] PCA Based Regional Mutual Information for Robust Medical Image Registration (2011)
  • Author(s): Yen-Wei Chen, Chen-Lun Lin
  • Organizer: International Symposium on Neural Network
  • Place of Presentation: 桂林(中国)
  • Year and Date: 2011-05-29
• [Presentation] Hallucination法に基づいた医用画像の超解像処理 (2011)
  • Author(s): 岩本祐太郎, 韓先花, 大橋基範, 笹谷聡, 谷口和輝, 陳延偉
  • Organizer: 電子情報通信学会医用画像研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2011-05-19
• [Book] Proc.of the 6th International Conference on Computer Sciences and Convergence Information Technology (2011)
  • Author(s): Franz I.S.Ko, Kae Dal Kwack, Soonwook Hwang, Shigeo Kawata, Yen-Wei Chen (Eds)
  • Total Pages: 1165
  • Publisher: IEEE Press