中口 俊哉

これまでに多くのCADソフトウェアが国内外で研究・開発されているにもかかわらず,臨床現場への普及が進まない現状が指摘されている.その要因として,開発時と実運用時のデータの差異などが考えられる.しかし,データ入手が困難な研究グループでは実運用に即した性能評価が困難であることが多い.我々は昨年8月より各研究グループで開発したCADソフトウェアを東大病院内のCAD開発用データベース症例にて機械学習および性能評価を行う共同研究プロジェクト(UTH CAD Challenge)を実施している.本稿では,今後継続的に行うプロジェクトの概要ならびに今年度(UTH CAD Challenge 2014)の中間結果を報告する.

This work presents an automatic approach for liver lesions detection in CT images. In this approach, liver is first segmented using fast and reliable semi-automatic technique. After liver segmentation, lesion detection is formulated as an unsupervised segmentation approach to alleviate tedious user interaction or prior learning requirements. The Mean-shift clustering technique is utilized to separate different liver tissues in each CT slice. Consequently, a rule-based system is proposed to automatically and dynamically estimate healthy and unhealthy tissues distributions, and produces initial estimation of defected tissue. Finally, the graph cuts algorithm is employed to refine the initial detection and produces the finial lesions. Validation of the proposed approach using 15 patients' CT data shows high detection rate of 93%, which makes it an efficient initial opinion in the diagnosis process.

In this study we propose an endoscopic image enhancement technique named dynamic band imaging (DBI) which temporally changes color conversion matrix. DBI is based on the estimation of multi-spectral band images to enhance the endoscopic color images in order to distinguish the slight color difference of early-stage cancer more clearly. Since this method can be implemented by only using software approach, it is easy to upgrade the devices whereas narrow band technique requires hardware upgrading. From the results of fundamental analysis by subjective evaluations, DBI represents the effectiveness for image enhancement in comparison with the typical still image evaluation. Besides we have developed a user interface to determine six parameters of this method easily. By using this device, appropriate parameters for practical endoscopic diagnosis have been obtained. DBI is found as the new effective method to enhance color endoscopic images.

これまで室内照明としては蛍光灯や白熱電球が一般的であり,また,近年はLED照明が使用されてきたが,省エネルギー性やデザイン性の観点から有機ELパネルが次世代の照明技術として注目を浴びている.そこで,本研究では有機ELとLED照明が生体に与える影響を主観的,客観的に比較検討した.実験は卓上での作業を想定したタスクを設定し,長時間のタスクにより起きる生体影響を主観的評価によって検証する単一刺激評価,二種類の照明間において視覚疲労の違いを評価する二重刺激評価を行った.単一刺激評価ではタスク中の自律神経活動状態をモニタリングすることで,有機EL照明とそLED照明が生体に与える影響の違いについて検討した.

内視鏡による診断では,組織表面を照明する光源の分光特性が極めて重要である.本研究では,電子内視鏡に使用可能な光源であるXe (キセノン), Ha (ハロゲン), LED, LASER等の演色性の評価を行った.演色性については,それぞれの光源を照明光としてFARNWORTH-MUNSELL 100 HUE TEST CHARTを用いて10名の被験者により色相判別の評価および演色評価数を求めた.色相判別評価は, (600×600×720mm)の光源ブース内で上記チャートを色相順に並べ,エラースコアを算出した.色相判別評価ではXeがもっとも優れた評価となり, LEDがそれに続く評価を得た.一方,演色評価数の値は色相判別評価の結果と一致せず,旧来から使用されている演色評価数は分光放射輝度分布が急峻な光源の評価に適さないことを確認した.

情報化社会と言われている現代では,卓上作業効率,勉強効率の向上が求められている.そのため,作業中の集中度合いの推定,そして集中度合いを作業内容にフィードバックすることが有用であると考えられる.これまでは身体動揺に着目することで,心拍や脳波などの生体信号を必要とせず簡易に集中度合いを推定する研究が行われてきた.そこで本研究では新たに作業進度と身体動揺量の経時変化の相関を求めることで集中時と非集中時の違いについて検討した.

本論文では,3次元腹部CT像からの肝血管腫抽出手法の抽出精度評価を行った結果について述べる.従来の肝病変抽出システムではEarth Mover's Distanceを用いた手法を構築したが,その抽出精度に改善の余地があったため,特徴量算出手法の高精度化よる抽出精度の改善を行った.今回,新たに腹部CT像21症例に対しLeave-one-out法を用いた抽出精度評価を行った結果,肝血管腫の検出率が87.2%のときに過抽出数は症例あたり16.4個という結果が得られ,従来手法より106.3個削減された.

従来のICG観察システムでは,蛍光をモニタで観察するため,蛍光部位と観察部位の位置関係把握が困難であり,またシステムが高価であることから広く普及するに至らなかった.そこで我々は,励起光制御によりカメラを用いて蛍光を取得し,レーザープロジェクタで投影することで,より低価格で直感的な観察システムを構築した.しかしこのシステムでは空間コード化法により位置校正を行うため,カメラ,プロジェクタと観察対象の位置関係を固定する必要がある.そこで,ビームスプリッタによりプロジェクタとカメラの光軸を一致させることで,校正不要なシステムを構築した.これにより,観察対象の動きに関わらず正確な重畳投影が可能になり,提示画像の品質が向上した.

肝胆膵外科領域において,体内に形成された固形がんに対して高精度に病変部位を検出し,内視鏡等を用いて低侵襲かつ高精度に治療することが求められている.著者らは,このような消化器がんに対する高精度低侵襲手術を実現することを目指し,診断から治療までのプロセスに導入する各種の新規イメージング技術やデバイス技術の研究開発を進めている.具体的課題として,診断・事前データ収集のフェーズでは,各種断層像からの臓器のセグメンテーション,粘弾性特性や音響特性など臓器物性のイメージング技術,呼吸による臓器変形量の計測,治療計画のフェーズでは,体位や呼吸による臓器変形の予測・モデル化,手術工程解析,治療のフェーズでは,腹腔鏡画像の視野拡大や,腹腔鏡画像と超音波画像との融合による手術支援,ステレオX線透視像による術中利用技術,などの研究開発が挙げられる.本講演では,プロジェクトの体制とこれらの課題のいくつかを紹介する.

腹腔鏡下手術では、術中に血管や病変部など臓器内部の情報を取得するため、ポートから挿入可能な超音波プローブが使用される。しかし、別々のモニタに表示された腹腔鏡画像と超音波画像を同時に確認しなければならず、実空間と超音波画像の対応付けが困難である。そこで腹腔鏡画像に超音波画像をリアルタイムに重畳し、画像間の対応付けを直感的に行うことが可能となるシステムを構築した。プローブ先端部は屈曲自由度を有しており、手元のダイヤル操作により角度が変化する。そこで先端部の位置姿勢を取得するため、腹腔鏡-プローブ間の位置関係と腹腔鏡画像上のプローブ形状から先端部の角度を推定する手法をシステムに統合した。これにより腹腔内に挿入される先端部にセンサやマーカを装着することなく位置姿勢を取得することが可能となった。動物実験により本システムの有効性を検証した。(著者抄録)

現代では,卓上作業効率,勉強効率の向上が求められている.そのため,作業中の集中度合いの推定,そして集中度合いを作業内容にフィードバックすることが有用であると考えられる.これまで心拍や脳波など生体信号を用いる方法が提案されているが,作業者にセンサなどを取り付けず非接触に測定するということに関してはあまり検討されていない.そこで,本研究では重心動揺や加速度を用いた身体動揺検出法により,非接触に作業集中度を推定する.実験では卓上での作業を想定したタスクを設定し椅子に取り付けた加速度,重心動揺をモニタリングすることで,集中時と非集中時の違いについて検討した

Laparoscopic surgery remains a challenging procedure because visualization of the internal target organ cannot be achieved from the laparoscopic image. We have proposed a laparoscopic surgery support method relying on three-dimensional (3D) images reconstructed using a stereo laparoscope and a 3D ultrasound system. The aim of this study is to develop a visualization system providing depth information about blood vessels within the liver. The shape and depth information of blood vessels are then correctly superimposed on a 2D laparoscopic image on the basis following careful registration. The coordinates of the laparoscope and the ultrasound are registered by aligning the two 3D liver surface shapes obtained by a stereo laparoscope and an ultrasonic diagnostic equipment with a mechanically moved convex probe using multiple image processing techniques. Then, the shape and depth information within the liver are calculated, and color-coded blood vessel depth information is superimposed on the original 2D laparoscopic image. In a phantom experiment, the registered 3D images were the mean squared error (MSE) of 5.89 +/- 3.11 mm. The 2D laparoscopic image was superimposed the color-coded depth of the blood vessels segmented from the 3D ultrasonic data. The calculation of depth information had the MSE of 1.88 +/- 1.40 mm.

腹腔鏡下手術では術中に血管や病変部など臓器内部の情報を取得するため,ポートから挿入可能な超音波プローブが使用される.しかし別々のモニタに表示された腹腔鏡画像と超音波画像を同時に確認しなければならず,実空間と超音波画像の対応付けが困難である.そこで腹腔鏡画像に超音波画像をリアルタイムに重畳し,画像間の対応付けを直感的に行うことが可能となるシステムが求められている.プローブ先端部は屈曲自由度を有しているため,腹腔鏡-プローブ間の位置関係と腹腔鏡画像上のプローブ形状から先端部の角度を推定する手法を提案した.評価画像を用いた精度評価の結果,屈曲角度の平均誤差は1.1度となった.

近年注目されている腹腔鏡下手術は,視線方向と作業方向の不一致から,術者に高い技能が要求される.そこで,視覚的なガイドのため,プロジェクタを用いた手術支援システムが提案されている.我々はより安定で高精度な腹腔内の空間情報取得のため,格納式カメラ付きトロカールの改良とリアルタイム多眼形状計測システムの構築を行い,低侵襲な形状計測を可能とした.また,提案システムの精度と処理時間を既存の手法と比較し有効性を検証した.

The stereoscopic media prevails in various fields and its biological effect is investigated by various researches. However, the evaluation of biological effect on luminance of stereoscopic displays is still unknown. Therefore we evaluated biological effect on luminance of stereoscopic displays by conducting subjective evaluation and objective evaluation. We measured pupillary light reflex and R-R interval in electrocardiogram (ECG) as objective evaluation, and conducted double stimuli evaluation and single stimulus evaluation. The significant effect by the luminance change was shown by double stimuli evaluation whereas it was not shown by single stimulus evaluation. Based on this result, it was shown that double stimuli evaluation is suited for evaluation of biological effect on luminance of stereoscopic displays than single stimulus evaluation. No significant relationship was noted in the results between the pupillary light reflex and the luminance. Although significant relationship was obtained between the R-R interval in ECG and the elapsed time for 30 min stimulus, no significant relationship was noted in the results between the R-R interval in ECG and the luminance. In addition, we confirmed experimental accuracy and reproducibility by conducting repetitive experiments.

In tongue diagnosis support system using tongue images, a tongue angle to a camera is significantly important for diagnosis. We devise methods to estimate tongue angle to a camera, and examine these methods for considering the best method to add our system. © OSA 2013.

本稿では、MICCAI 2012本会セッションおよびワークショップそれぞれの概要を紹介し、特に興味深い報告について内容を解説する。 In this paper, the outline of each session of MICCAI 2012 main conference and several workshops in MICCAI 2012 are introduced. A few interesting reports in the conference are also introduced and explained.

プロジェクター・カメラシステムによる拡張現実感技術を用いた外科手術支援システムが注目されている.このシステムは患者の体表に直接映像を投影することで,低侵襲手術の視覚的課題を克服している.しかし,投影面の材質による画質への影響はまだ検討されていない.そこで本研究では,人体体表に投影した画像の画質評価を行い,その結果について考察した.

近年,立体表示モニタの普及が進んでいるが,立体映像の視聴中における人体への影響や視覚特性など基礎的特性が未解明の状態である.そこで本研究では,輻輳と調節にも関連する基礎的特性として立体表示中のコントラスト感度関数を計測した.視差は6段階に設定し,それぞれにおけるコントラスト感度関数を得た.