B. Statistical Modeling and Reconstruction

生体臓器や画像計測における普遍性とスパース性への着目によって,観測領域を超えた高次元かつ広範囲の生体情報の推論を実現する 統計的再構成方法 を探究している.部分観測データに基づく推論,画像再構成の数理 は治療分野への貢献だけでなく,計測と解析に基づくアウトカムの向上と処理の自動化を目的とする非常に広範な学問分野,産業分野への応用が期待される.

教師なし画像変換による欠損画素復元と高解像度化

CT画像内に生じた金属アーチファクトは診断や手術計画,放射線治療等,多くの臨床分野において問題となっており,複雑な欠損画素の復元は課題である.本研究では,複数の歯科金属から生成される広範囲な画素欠損を伴うアーチファクトを対象に3次元敵対的生成ネットワークの枠組みの構築を目指している.(共同研究:イーグロース株式会社, 奈良医科大学)

  • M. Nakao, K. Imanishi, N. Ueda, Y. Imai, T. Kirita, T. Matsuda, Regularized three-dimensional generative adversarial nets for unsupervised metal artifact reduction, arXiv preprint, Art. No. 1911.08105, 2019. [PDF]
グラフ畳み込みネットワークによる3次元形状・変形再構成

本研究では,治療時に得られる部分観測画像に基づく非観測領域の画像や生体情報の復元を目的に,グラフ畳み込みネットワークに基づく形状/変形推定方法を探究している.2次元X-ray画像やカメラ画像から臓器の3次元形状や変形を推定を目指した研究開発を行っている.(共同研究: 京大病院 放射線治療科)

  • F. Tong, M. Nakao, S. Wu, M. Nakamura, T. Matsuda, X-ray2Shape: Reconstruction of 3D liver shape from a single 2D projection image, Proc. 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2020. 
  • S. Wu, M. Nakao, J. Tokuno, T. Chen-Yoshikawa, T. Matsuda, Reconstructing 3D Lung Shape from a Single 2D Image during the Deaeration Deformation Process using Model-based Data Augmentation, IEEE EMBS International Conference on Biomedical and Health Informatics (BHI), 2019. [html][PDF]
可変形メッシュ位置合わせによる生体臓器の統計的モデリング

本研究では,大変形に対応した可変形メッシュ位置合わせ方法 (Deformable mesh registration, DMR) を提案し,肺の虚脱変形に関する解析行った.動物生体肺の含気状態,虚脱状態のペアCTデータの位置合わせを行い,肺実質の表面と気管支に関する統計的な変位分布を得た.(共同研究: 京大病院 呼吸器外科)

  • M. Nakao, J. Tokuno, T. F. Chen-Yoshikawa, H. Date, T. Matsuda, Surface Deformation Analysis of Collapsed Lungs using Model-based Shape Matching, Int. J. Computer Assisted Radiology and Surgery, 14(10), pp. 1763-1774, 2019. [html]
弾性体の局所変位観測に基づくスパース外力・変形推定

本研究では,弾性体の局所変位から外力及び変形をモデルベースで再構成する方法を提案した.提案方法は,スパース再構成と有限要素法の枠組みに基づいて定式化される.平板形状の弾性体を対象として,異なる観測条件における外力・変形推定性能の評価を行った.本概念の弾性率分布の再構成への応用も目指している.

  • M. Morita, M. Nakao, T. Matsuda, "Model-based Estimation of Elastic Moduli by Local Displacement Observation of an Elastic Body", Advanced Biomedical Engineering, pp. 39-46, 2018. [html]
  • R. Sakata, M. Nakao, T. Matsuda, "Estimation of External Forces on the Basis of Local Displacement Observations of an Elastic Body", Advanced Biomedical Engineering, Vol. 6, pp. 21-27, 2017. [html][PDF]