逆解析手法を用いた反射型光CTシステムの開発

Research Project

Project/Area Number	15700350
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Medical systems
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	天谷賢治東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 助教授 (70251642)
Project Period (FY)	2003 – 2004
Project Status	Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help	¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000) Fiscal Year 2004: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2003: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Keywords	光CT / 逆解析 / 先験情報 / 光拡散方程式 / 医用工学 / 有限要素法 / 近赤外線
Research Abstract	本研究では、近赤外光を生体に照射して,生体組織や血液の酸素濃度分布を描き出そうという光CTにおいて生体組織の光学的先験情報を利用した,高精度な反射型光CTアルゴリズムの開発した。本年度は生体内における光伝播解析の精度を向上させること,光CT逆問題における逆解析手法の精度および効率を向上させることを目的とし,光伝播解析手法および逆解析手法を提案した.解析においては病患部と健全部における光の吸収率には大きな差があるという情報をを有効に活用する方法を提案した. すなわち病患部があるかないかという2値の組み合わせ問題を考えるとこにより解の範囲をしぼり、そこから光の吸収率分布を同定する手法を提案した。さらにこの組み合わせ問題を解く際に分布の各成分を独立に量子化することを特徴とした高速最適化手法を開発した。このアルゴリズムを従来手法と比較する数値シミュレーションを行った結果解析速度が大幅に向上することが確認された。前年度開発した酸素濃度分布の変化量について逆問題を設定し,対数変換した強度の変化量についての観測方程式を解く手法と組み合わせたアルゴリズムにより解析シミュレーションを行った結果、本手法を適用することで,同定の効率および精度が向上することを確認した.生体内光伝播解析および光CT逆問題の解析例を示し,本手法の有効性を確認した. ・計測値を有効に活用するため,光伝播解析を高精度で行うための有限要素アルゴリズムを改良した。本プログラムの有効性を検証するために実際の計測値と解析値を比較する検証実験を試みた。・光吸収率の分布を同定する逆解析プログラムを開発した。生体の光吸収率を同定する際に,吸収率に関して生体組織が取り得る値という先験情報を利用できるようにした。提案した手法の有効性を確認するため,簡略化した頭部モデルの一部で解析を行い,先験情報の利用も含めて本手法の有効性を確認した。・病患部と健全部における光の吸収率には大きな差があるが、この情報を有効に同定に活用できていない。病患部があるかないかという2値の組み合わせ問題を考えるとこにより解の範囲をしぼり、そこから光の吸収率分布を同定する手法を提案した。また簡単な解析例において本手法の有効性を示した。以上の結果を学会発表した。