| 研究課題/領域番号 |
17H03274
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
木寺 正平 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00549701)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | マイクロ波生体計測 / 乳がん検知 / レーダ信号処理 / 逆散乱解析 / マイクロ波がん治療 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，マイクロ波UWB(Ultra Wideband)レーダにおける生体医療診断及び治療のための，従来の空間分解能・精度を超える生体内部画像化法を構築することである．平成２９年度では①不均質媒質におけるRPM法を用いた超分解能画像化法を構築するため，RPM法，Envelope法による表面形状推定を導入した新たな誘電率再構成法(DBIM: Distorted Born Iterative Method)により，完全非接触な状況で乳房表面の高精度計測と，乳房内部の複素誘電率値の再構成の高精度化を実施し，精緻な乳房モデルによる数値計算解析により，その有効性を示した．またRPM法を不均質媒質に拡張し，分解能を更に改善させるためにCapon法による超距離分解能法を導入することで，2mm程度の癌細胞の位置を数mm程度の推定誤差で推定することが可能となった．また，②多偏波エリプソメトリ及びデータ学習を用いたがん細胞判別法においては，エリプソメトリとRPM法を統合する基礎的な手法を導入し，かつレーダデータの深層学習によるがん細胞検出において，1000パターンの教師データを用いて，2mm程度の癌細胞の検出確率99.9%を達成した．更に③リアルタイムマイクロ波アブレーションモニタリング法では，マイクロ波アブレーションによる導電率の変化に着目した，波形再構成法に基づくアブレーション領域推定法を構築し，リアルタイム性を保持しながら，特にアブレーションインパクトが小さい（焼灼温度が低い）場合でも，従来法の精度劣化を抑え、領域推定精度数mm程度の高精度な推定を実現した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
癌細胞検出を目的とした，誘電率再構成法に関しては当初とアプローチが異なるものの、研究を進めていく段階で，より高精度な再構成法であると判断したＤＢＩＭ法を採用し，また表面形状推定法に既に提案している高精度境界推定法であるEnvelope法を導入し，レーダ方式とトモグラフィ方式を併用することで、現実的な問題に対応する手法を提案し，それを精緻な乳房ファントムモデルすなわち非常に不均質性の高い媒質で検証し，高い再現精度で誘電率を再構成し，がん細胞の有無を判断できるレベルであることを検証した．このため，当初の計画通りに進んでいると判断する．また，アブレーションに関しては，導電率の低下を考慮した波形再構成に基づく手法を導入することで，アブレーション温度が引く状況でも１ｍｍ程度の誤差でアブレーション領域をリアルタイムで推定することができることを，実際のプローブを考慮した精緻な3次元電磁界解析でも検証しており，非常に実用的かつ高精度な手法を確立できたと評価する．以上を踏まえて，計画通りおおむね順調に進展していると判断する．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度では，RPM法による画像化法と平成29年度開発した誘電率再構成法であるDBIM法を統合することで，両者の精度及び分解能を改善させることを検討する．具体的には，DBIM法における評価関数においてベイズ推定の原理を導入し，RPM法による推定結果を事前情報として統合し，RPM法とDBIM法の両者の結果を更新しながら，境界抽出及び誘電率推定精度を改善させる．また多偏波データを学習することで，誘電率情報を保持しながら、がん細胞の有無を検出する手法を構築する．具体的には深層学習により，レーダデータから直接的に癌細胞の有無を誘電率情報を付与しながら判断する．
アブレーションモニタリングにおいては，3次元問題での解析及びS11によるがん細胞周辺の複素誘電率推定法などを組み合わせることで，より現実的なモデルに近い問題に対応する手法を開発する．上記の手法は実機実験による原理検証も検討している．
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