医用3次元画像のモデルベース汎用CADシステムの理論とアルゴリズムの基礎的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480093
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 鳥脇 純一郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30023138)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平野 靖 名古屋大学, 情報連携基盤センター, 助手 (90324459) ; 目加田 慶人 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (00282377) ; 森 健策 名古屋大学, 難処理人工物研究センター, 助教授 (10293664) ; 清水 昭伸 東京農工大学, 生物システム応用化学研究科, 助教授 (80262880) ; 長谷川 純一 中京大学, 情報科学部, 教授 (30126891)
• Keywords: 仮想化人体 / 画像パターン認識 / 形状モデル / セグメンテーション / 3次元画像 / CAD / 医用画像 / モデルマッチング

Research Abstract

(1)モデルベースの臓器抽出手順 人体3次元画像から臓器を認識するための基本手法を導いた。手法はCT値を用いた画素単位の領域拡張法と、予め認識系に組込まれた各臓器の形状モデルに基くモデル・マッチングからなる。モデルの記述法としては、(1)管状臓器の芯線のスプライン曲線による表現、(2)塊状臓器の表面、または袋状領域の輪郭面のベジェ曲面による表現、(3)形状を表す特徴量の組、(4)キー・スライスにおける構造、の4種類の可能な形を与えた。この4種をそれぞれ、(1)縦隔部の大動脈領域の抽出、(2)肺領域の抽出、(3)気管支の抽出、(4)肺血管の動・静脈認識、に応用し、有効性を確認した。また、実際に数十例の3次元CT像(胸部および腹部)に適用し、能力を実験的に検証した。
モデルと入力画像のマッチングには、主としてエネルギー関数と呼ぶ評価関数の最小化を実現するようにモデルを変形する。エネルギー関数にはモデルの変形の度合い、および、入力画像の局所的濃淡分布との類似の度合いを示す成分(内部エネルギー)と、対象臓器の周辺の他の臓器との位置関係から定まる成分(外部エネルギー)に分けられる。その最小化は、反復的山登り法による。
(2)サーベイ 研究の開始に当たって研究状況を調査し、今後の関連研究に向けての資料とした。詳細は本報告書添付の各報告参照。
(3)3次元画像処理アルゴリズム 3次元ディジタル幾何学における本研究グループの成果を体系化し、利用の便宜のために学習テキストおよび解説論文をまとめた。また、エキスパートシステムIMPRESSの拡張をはかった。
(4)CADの概念整理 CAD概念の基盤を整理し、汎用CAD、専用CAD、日常CADの三種に分類することを提唱し、その一部を理論モデル化した。
(5)仮想化人体とMR医学 実人体と仮想化人体の共用に基づくナビゲーション診断とバーチャル手術を統合した診断・治療の戦略(複合リアリティ応用としてのMixed Reality医学)を提起し、その要素技術として、仮想・実複合内視鏡システム(内視境ナビゲーションシステム)、個別バーチャル手術実現ツール、胸部3次元CTからのがん診断CADのための新しい特徴量を開発した。

Research Products

• [Publications] 鳥脇純一郎: "Virtual Endoscopyの基礎と原理、臨床消化器内科"臨床消化器内科. 17,6. 667-677 (2002)
• [Publications] Kensaku Mori: "A method for camera motion tracking of a bronchoscope using epipolar geometry analysis and intensity image registration of real and viutrual endoscopic image"Medical Image Analysis. 6,3. 321-336 (2002)
• [Publications] 北坂孝幸: "芯線モデルを利用した非造影3次元胸部X線CT像からの縦隔内血管領域抽出"Medical Imaging Technology. 20,5. 572-583 (2002)
• [Publications] 鳥脇純一郎: "モデルとしての人体バーチャル空間とその探索"BME. 16,8. 52-59 (2002)
• [Publications] 長谷川純一: "バーチャル・エンドスコピーの現状と将来"VR医学. 1,1. 21-29 (2002)
• [Publications] Junichiro Toriwaki: "Distance transformation and skeletonization of 3D pictures and their applications to medical images"G.Bertrand, A.Imiya, R.Klette eds. : Digital and Imge Geometry, Advanced Lectures, LNCS, Springer Verlarg. 412-428 (2001)
• [Publications] 鳥脇純一郎: "3次元ディジタル画像処理"昭晃堂. 318 (2002)