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高品質CT画像の効率的な再構成

研究課題

研究課題/領域番号 17H01816
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生命・健康・医療情報学
研究機関香川大学

研究代表者

堀川 洋  香川大学, 創造工学部, 教授 (60181533)

研究分担者 丹治 裕一  香川大学, 創造工学部, 教授 (10306988)
北島 博之  香川大学, 創造工学部, 教授 (90314905)
藤本 憲市  香川大学, 創造工学部, 准教授 (20300626)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2017年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
キーワード機械学習 / 超高速情報処理 / 画像、文書、音声等認識 / 数理工学 / 画像、文章、音声等認識
研究成果の概要

低線量照射下でのCT画像再構成を行う方法として,線形方程式の数値解法である共役勾配法の提案を行った。本手法では,CT画像再構成を非負値あるいは境界値拘束をもった大規模な凸最適化問題として定義し,これを効率よく求解する方法の提案を行っている。結果的に,従来手法である連続法よりも高品質な画像再構成を数百程度高速に行えることを示した。また,マルチGPU用いた高速化,深層ニューラルネットワークを用いた予測など,連続法の改良も行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

日本は世界一のCT普及国であると同時に世界一の医療被曝国と言われている。これは,国内メーカが開発しているCT装置では逆投影法が用いられ,この方法では高品質な画像を得るために,人体に高線量照射しなければならないためである。逆投影法による再構成画像よりも高品質で低線量照射下での画像再構成が可能である方法として連続法が提案されている。しかしながら,演算効率が極めて悪いことが問題であった。本研究では,連続法と同じ基本概念に基づきながら,高品質かつ高速なCT画像再構成が可能である数値解析手法の提案を行った。これは,実用に向けた有力な一歩であり,ひいては,多くの人の健康に寄与することになる。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 17件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Pulsus alternans in a crustacean cardiac model2020

    • 著者名/発表者名
      Kitajima Hiroyuki、Fujimoto Ken’ichi、Yazawa Toru
    • 雑誌名

      Physica D: Nonlinear Phenomena

      巻: 402 ページ: 132253-132253

    • DOI

      10.1016/j.physd.2019.132253

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reconstruction of CT Images Using Iterative Least-Squares Methods with Nonnegative Constraint2019

    • 著者名/発表者名
      Kohno Hiromasa、Tanji Yuichi、Fujimoto Ken'ichi、Kitajima Hiroyuki、Horikawa Yo、Takahashi Norikazu
    • 雑誌名

      信号処理

      巻: 23 号: 2 ページ: 41-48

    • DOI

      10.2299/jsp.23.41

    • NAID

      130007613300

    • ISSN
      1342-6230, 1880-1013
    • 年月日
      2019-03-15
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quasiperiodicity and Chaos Through Hopf?Hopf Bifurcation in Minimal Ring Neural Oscillators Due to a Single Shortcut2019

    • 著者名/発表者名
      Horikawa Yo、Kitajima Hiroyuki、Matsushita Haruna
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos

      巻: 29 号: 05 ページ: 1950065-1950065

    • DOI

      10.1142/s0218127419500652

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flip-Flip Bifurcation in a Mathematical Cardiac System2019

    • 著者名/発表者名
      Kitajima Hiroyuki、Yazawa Toru
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos

      巻: 29 号: 04 ページ: 1950045-1950045

    • DOI

      10.1142/s0218127419500457

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quasiperiodicity and chaos through the Hopf-pitchfork bifurcation in minimal ring neural oscillators due to a single shortcut2019

    • 著者名/発表者名
      Horikawa Yo、Kitajima Hiroyuki、Matsushita Haruna
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos

      巻: 29 ページ: 1950065-1950065

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flip-flip bifurcation in a mathematical cardiac system2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kitajima and T. Yazawa
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos

      巻: 29 ページ: 1950000-1950000

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fold-Pitchfork Bifurcation, Arnold Tongues and Multiple Chaotic Attractors in a Minimal Network of Three Sigmoidal Neurons2018

    • 著者名/発表者名
      Horikawa Yo、Kitajima Hiroyuki、Matsushita Haruna
    • 雑誌名

      International Journal of Bifurcation and Chaos

      巻: 28 号: 10 ページ: 1850123-1850123

    • DOI

      10.1142/s0218127418501237

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of nonlinear analysis tools on FPGA2017

    • 著者名/発表者名
      S. Shimada and H. Kitajima
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 8 号: 2 ページ: 173-179

    • DOI

      10.1587/nolta.8.173

    • NAID

      130005530421

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 非線形動力学システムに基づくCT画像再構成における マルチGPUを用いた高速化2020

    • 著者名/発表者名
      植村大地,丹治裕一,藤本憲市,北島博之,堀川 洋
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会(発表予定)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Dynamical systems analysis of learning process in neural networks2020

    • 著者名/発表者名
      S. Wada T. Ryugou and H. Kitajima
    • 学会等名
      Proc. NCSP'20, pp.401-404, Honolulu, USA, March 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reconstruction of CT Images by Iterative Least Squares Methods with Nonnegative Constraint2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kohno, Y. Tanji, K. Fujimoto, H. Kitajima, Y. Horikawa, and N. Takahashi
    • 学会等名
      2018 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications(
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fast Computation of Dynamical System for Emission Computed Tomography2019

    • 著者名/発表者名
      Ken’ichi Fujimoto, Yuichi Tanji, Hiroyuki Kitajima, and Yo Horikawa
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Numerical Modelling in Engineering
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of CGNR and CGNE for CT Image Reconstruction2019

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka,Y. Tanji, K. Fujimoto, H. Kitajima
    • 学会等名
      2019年 電子情報通信学会 NOLTAソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 共役勾配法を用いたCT画像再構成のGPU上への実装2019

    • 著者名/発表者名
      松岡和憲,丹治裕一,藤本憲市,北島博之,堀川 洋
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会, NLP2019-35
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CT画像再構成における射影勾配法と境界拘束共役勾配法の性能比較2019

    • 著者名/発表者名
      松岡和憲,丹治裕一,藤本憲市,北島博之,堀川 洋
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会, NLP2019-106, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 放射型CTにおけるML-EMアルゴリズムの高速化2019

    • 著者名/発表者名
      藤本 憲市, 丹治 裕一, 北島 博之, 堀川 洋
    • 学会等名
      2019年 電子情報通信学会 NOLTAソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Heteroclinic Orbits and Chaos in A Ring of Three Unidirectionally Coupled Nonmonotonic Neurons2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Horikawa, K. Fujimoto
    • 学会等名
      2019 International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bifurcations related to transient EAD in a mathematical cardiac model2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ito, H. Kitajima and T. Yazawa
    • 学会等名
      NCSP 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation mechanism of transient EAD in a mathematical ventricular model2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ito, H. Kitajima and T. Yazawa
    • 学会等名
      FAOPS 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Alternans in a Mathematical Crustacean Cardiac Model2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kitajima and T. Yazawa
    • 学会等名
      FAOPS 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reconstruction of CT Images by Iterative Least Squares Methods with Nonnegative Constraint2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kohno, Y. Tanji, K. Fujimoto, H. Kitajima, Y. Horikawa, and N. Takahashi
    • 学会等名
      2018 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discrete-time image-reconstruction system with total variation regularization for computed tomography2018

    • 著者名/発表者名
      Ken'ichi Fujimoto
    • 学会等名
      2018 World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering (WC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hopf-Hopf Bifurcation and Chaos in A Ring Neural Oscillator due to A Single Shortcut2018

    • 著者名/発表者名
      Horikawa Yo、Fujimoto Kenrichi、Matsushita Haruna
    • 学会等名
      2018 International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非負値拘束を有する反復最小2乗法によるCT画像の再構成2018

    • 著者名/発表者名
      河野紘正, 丹治裕一, 藤本憲市, 北島博之, 堀川洋, 高橋規一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 非線形問題研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Comparison of CT Image Reconstructions Using Nonnegative Matrix Factorizations2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kohno, Y. Tanji, K. Fujimoto, H. Kitajima, Y. Horikawa
    • 学会等名
      IEEE CASS Shanghai and Shikoku Chapters Joint Workshop on Circuits and Systems (SSJW'18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparison of CGNE and CGNR for CT Image Reconstruction2018

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, H. Kohno, Y. Tanji, K. Fujimoto, H. Kitajima and Y. Horikawa
    • 学会等名
      IEEE CASS Shanghai and Shikoku Chapters Joint Workshop on Circuits and Systems (SSJW'18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonnegative Constrained CGNR and CGNE Methods for CT Image Reconstruction2018

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, Y. Tanji, K. Fujimoto, H. Kitajima, and Y. Horikawa
    • 学会等名
      IEEE Workshop on Nonlinear Circuit Networks
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 深層ニューラルネットワークの応用事例-CT画像再構成ほか2018

    • 著者名/発表者名
      藤本 憲市
    • 学会等名
      医療放射線技術研究会「機械学習・AI・ディープラーニング研究の多様性と医用への応用」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 動的CT画像再構成システムの初期値生成のための深層ニューラルネットワークの構築2018

    • 著者名/発表者名
      藤本 憲市,丹治 裕一,北島 博之,堀川 洋
    • 学会等名
      電子情報通信学会 非線形問題研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Hopf-Hopf Bifurcation and Chaos in A Ring Neural Oscillator due to A Single Shortcut2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Horikawa, K. Fujimoto, H. Matsushita
    • 学会等名
      2018 International Joint Conference on Neural Networks
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discrete-time image-reconstruction system with total variation regularization for computed tomography2018

    • 著者名/発表者名
      K. Fujimoto
    • 学会等名
      World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非線形ダイナミクスを用いた高精度CT画像の再生法の改良2017

    • 著者名/発表者名
      河野紘正,丹治裕一,藤本憲市
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ADI法を用いた高精度CT画像の再生2017

    • 著者名/発表者名
      河野紘正,丹治裕一,藤本憲市
    • 学会等名
      電子情報通信学会NOLTAソサエティ大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Image Reconstruction for Computed Tomography by Nonnegative Matrix Factorization2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kohno, Y. Tanji, K. Fujimoto, and N. Takahashi
    • 学会等名
      2017 Taiwan and Japan Conference on Circuits and Systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非負値行列因子分解を用いたCT画像の再構成2017

    • 著者名/発表者名
      河野紘正,丹治裕一,藤本憲市,高橋 規一
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of High-Accuracy CT Image Reconstruction Using Nonlinear Dynamics2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kohno, Y. Tanji, K. Fujimoto
    • 学会等名
      2017 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A chaotic ring neural oscillator of three nonmonotonic neurons2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Horikawa
    • 学会等名
      2017 International Joint Conference on Neural Networks
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] CT画像再構成の高速化

    • URL

      http://chaos.eng.kagawa-u.ac.jp/nonline/research.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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