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呼吸筋機能解析のための胸腹部骨格筋複合認識技術の開発

公募研究

研究領域医用画像に基づく計算解剖学の多元化と高度知能化診断・治療への展開
研究課題/領域番号 17H05301
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関愛知県立大学

研究代表者

神谷 直希  愛知県立大学, 情報科学部, 講師 (00580945)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード呼吸筋 / 骨格筋認識 / 脊柱起立筋 / 計算機支援診断 / 骨格筋 / 筋機能解析 / 肋間筋 / COPD / 筋モデリング
研究実績の概要

本研究課題の目標は,骨格筋を用いた呼吸機能解析に応用可能な,胸腹部の骨格筋の複合認識技術の開発を行うことである.胸腹部の骨格筋について,筋線維の走行に基づく骨格筋の形状モデルを構築し,支配神経に基づく呼吸機能の複合解析を画像工学的アプローチにより実現することを目指す.ここでは,連携研究者および新学術領域内の研究班と連携し,骨格筋の画像認識に基づく呼吸筋の解析技術の開発を行った.
前年度までに取り組んだ呼吸筋に関する認識手法の構築と呼吸器疾患に関連する筋の自動認識について,前年度は胸鎖乳突筋と肋間筋の2つの呼吸筋のみであった.最終年度の成果は,呼吸器疾患の一つであるCOPD(慢性閉塞性肺疾患)とその予後の関連が指摘されている脊柱起立筋について重点的に認識手法の構築に取り組んだ.具体的には,機械学習の手法であるRandom Forest法を改良した,Iterative Random Forest法を提案し,脊柱起立筋を3Dボリュームとして平均一致率93%(Dice値)で自動認識可能とした.また,この成果から,機械学習の手法が従来のハンドクラフト特徴量ベースの骨格筋認識で苦手とされていた大型で複雑な形状の筋に対して高精度な認識を実現したことから,計画班と連携し,深層学習(FCN-8s)を用いた脊柱起立筋のセグメンテーションを行い,Iterative Random Forest法とその精度を比較した.さらに,呼吸筋の機能解析をより多元的な解析にするためには,筋のボリュームだけでは不十分であると考え,筋の付着部位である,起始・停止を筋と同時に自動認識する手法を提案した.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Bern(スイス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Shanghai Jiao Tong University(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Bern(Switzerland)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Automated Recognition of Erector Spinae Muscles and Their Skeletal Attachment Region via Deep Learning in Torso CT Images2019

    • 著者名/発表者名
      N. Kamiya, M. Kume, G. Zheng, X. Zhou, H. Kato, H. Chen, C. Muramatsu, T. Hara, T. Miyoshi, M. Matsuo and H. Fujita
    • 雑誌名

      Computational Methods and Clinical Applications in Musculoskeletal Imaging

      巻: 11404 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1007/978-3-030-11166-3_1

    • ISBN
      9783030111656, 9783030111663
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fully automatic segmentation of paraspinal muscles from 3D torso CT images via multi-scale iterative random forest classifications2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kamiya, J.Li, M. Kume, H. Fujita, D. Shen, G. Zheng
    • 雑誌名

      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery

      巻: 13 号: 11 ページ: 1697-1706

    • DOI

      10.1007/s11548-018-1852-1

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Muscle Segmentation for Orthopedic Interventions2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kamiya
    • 雑誌名

      Advances in Experimental Medicine and Biology

      巻: 1093 ページ: 81-91

    • DOI

      10.1007/978-981-13-1396-7_7

    • ISBN
      9789811313950, 9789811313967
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 体幹部CT画像におけるdeep CNNを用いた脊柱起立筋領域の自動認識と付着部位認識の初期検討2018

    • 著者名/発表者名
      久米正矩,Guoyan Zheng,神谷直希,周 向栄,加藤博基,東 華岳,村松千左子,原 武史,三好利治,松尾政之,藤田広志
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告(MI2017-73)

      巻: 117 ページ: 33-34

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Development of Multiple Skeletal Muscle Recognition Technique in the Thoracoabdominal Region for Respiratory Muscle Function Analysis -Progress Overview FY 2017-2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kamiya and S. Sato
    • 雑誌名

      Proceedings of Fourth International Symposium on the Project "Multidisciplinary Computational Anatomy"

      巻: - ページ: 165-168

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] X線CT画像におけるアトラス構築に基づく胸鎖乳突筋自動認識の初期検討2017

    • 著者名/発表者名
      神谷直希,家田皓将,周 向栄,東 華岳,山田 恵,加藤 博基,村松千左子,原 武史,三好利治,犬塚 貴,松尾政之,藤田広志
    • 雑誌名

      医用画像情報学会雑誌

      巻: 34 号: 2 ページ: 87-91

    • DOI

      10.11318/mii.34.87

    • NAID

      130006846728

    • ISSN
      0910-1543, 1880-4977
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of an Intercostal Muscle Running Model based on Recognition of the Intercostal Muscle Origin and Insertion in Torso CT Images2017

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada, N. Kamiya, S. Sato, X. Zhou, C. Muramatsu, T. Hara and H. Fujita
    • 雑誌名

      Proceedings of 3rd International Conference on Radiological Science and Technology

      巻: - ページ: 32-32

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] deep CNNに基づく体幹部CT画像上の第12胸椎断面における脊柱起立筋領域の自動認識2017

    • 著者名/発表者名
      久米正矩,神谷直希,周 向栄,加藤博基,東 華岳,村松千左子,原 武史,三好利治,松尾政之,藤田広志
    • 雑誌名

      第36回日本医用画像工学会大会予稿集

      巻: - ページ: 74-76

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of Multiple Skeletal Muscle Recognition Technique in the Thoracoabdominal Region for Respiratory Muscle Function Analysis -Progress Overview FY 2017-FY2018-2019

    • 著者名/発表者名
      N. Kamiya and S. Sato
    • 学会等名
      Proc. of the Fifth International Symposium on the Project "Multidisciplinary Computational Anatomy"
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 体幹部CT画像における脊柱起立筋の付着領域と筋束特徴を用いた筋束走行の表現手法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      久米正矩,神谷直希,周 向栄,加藤博基,東 華岳,村松千左子,原 武史,三好利治,松尾政之,藤田広志
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告(MI2018-69)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Skeletal feature recognition and skeletal muscle modeling for skeletal muscle analysis in whole-body CT images2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kamiya, G. Zheng, X. Zhou, C. Murmatsu, T. Hara and H. Fujita
    • 学会等名
      Proc. of 40th annual international conference of the IEEE engineering in medicine and biological society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Multiple Skeletal Muscle Recognition Technique in the Thoracoabdominal Region for Respiratory Muscle Function Analysis -Progress Overview FY 2017-2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kamiya and S. Sato
    • 学会等名
      Fourth International Symposium on the Project "Multidisciplinary Computational Anatomy"
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 体幹部CT画像におけるdeep CNNを用いた脊柱起立筋領域の自動認識と付着部位認識の初期検討2018

    • 著者名/発表者名
      久米正矩,Guoyan Zheng, 神谷直希,周 向栄,加藤博基,東 華岳,村松千左子,原 武史,三好利治,松尾政之,藤田広志
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告医用画像研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Construction of an Intercostal Muscle Running Model based on Recognition of the Intercostal Muscle Origin and Insertion in Torso CT Images2017

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada, N. Kamiya, S. Sato, X. Zhou, C. Muramatsu, T. Hara and H. Fujita
    • 学会等名
      3rd International Conference on Radiological Science and Technology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] deep CNNに基づく体幹部CT画像上の第12胸椎断面における脊柱起立筋領域の自動認識2017

    • 著者名/発表者名
      久米正矩,神谷直希,周 向栄,加藤博基,東 華岳,村松千左子,原 武史,三好利治,松尾政之,藤田広志
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 愛知県立大学情報科学部神谷直希研究室

    • URL

      http://www.ist.aichi-pu.ac.jp/~n-kamiya

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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