2002年度 田中研究室

構成

専任講師 田中敏幸

修士2年
大野雄太,志水和樹,鈴木寿晃,畑弓子,樋口正憲,水谷開,武藤洋平

修士1年
高村淳一,寺村直道,鳥居哲,根本順子,山田怜奈

学部
内野佳高,久保直彦,柴田悠紀,中島健

研究成果

(1)画像処理による悪性腫瘍の分類に関する研究

本研究では、細胞組織像から全自動処理によって核領域の抽出を行い、DFとDFSPを判別して良悪性の診断を支援するシステムを作成することを目的とする。ただし非上皮系の腫瘍は上皮系の腫瘍と比較してクロマチンが微細で核縁が細く、薄い傾向があるため、不明瞭な核領域が多く高精度の抽出は困難である。そこで、客観的に診断が行える精度で抽出を行うことを目的とする。これらの条件を持つ領域の抽出を行うために、本論文では、前処理として色相(Hue)を利用したコントラスト強調を行い、部分画像分割法にラプラシアンヒストグラム法と大津の閾値法を組み入れた閾値決定法によって核領域抽出を行う。さらに、複数の核が重なり合って抽出された領域に対して、核分離処理を行い核領域抽出の精度の向上を図る。さらに抽出された核領域から良性・悪性の区分に有用であると思われる核密度や核面積分布などの各種形状特徴分布、さらに本研究では新しく動的輪郭モデルSNAKESで計算されるSNAKESエネルギーを用いた特徴量を用いて悪性度の定量化を行う。これにより、今回提案する核領域抽出システムが良悪性診断に有効であることを確認した。

(2)GPS単独測位におけるシフト誤差改善に関する研究

本研究では,差動測位・干渉測位に比べると精度は落ちるものの簡易・安価な装置のみで利用することができ利便性の高い単独測位に着目し,その精度を上げることを目的とした。一般的に,GPSの測位精度を評価する際には2drmsを用いることが多くこの真の位置からのシフト量を見ることは少ない。本研究ではこのシフト誤差を軽減する手法を提案し,単独測位の測位精度をあげることを検討した。本手法ではその瞬間の衛星配置を利用して,その時のシフト誤差の量と方向を予測し,測位結果に補正を行い測位精度を改善した。入力としては受信機から出力されている仰角・方位角を用いた。仰角・方位角は一般的なほとんどの受信機から出力されているので誰にでも利用ができる,またシミュレーションにおいて計算が簡単に済むという利点がある。実際の実験データに対し補正をおこなった結果,全体の8割のデータに対して1点あたり3割の測位精度を改善することができた。また,本手法の汎用性を確認するべく他の受信機でも同様の実験・シミュレーションを行ったが同様の結果が得られた。さらに,シミュレーションを行う際に閾値を設けることで全体の8割のデータに対してと言うのはそのままに1点あたり4割の測位精度改善を実現できた。本手法は,仰角・方位角を用い簡単なモデルのみを使用しているので多くの受信機に対して適用できる,リアルタイムでの補正が可能になるという利点がある。

(3)逆GPSの誤差除去に関する研究

逆GPSの誤差要因として他局間干渉の問題をとりあげた.拡散符号の相互相関は小さいが,完全に0ではないため他のユーザの信号の影響で誤差を生じる.ユーザ数が増えると他局間干渉の影響が大きくなるため他局間の符号間干渉の影響を除去することが重要である.次に,逆GPSの誤差要因としてマルチパスをとりあげた.地上で送受信を行う逆GPSではGPSに比べてマルチパスの影響を大きく受けると考えられるため,マルチパスの影響を除去することが重要である.そこで,符号間干渉とマルチパスを同時に除去する方法として適応フィルタを用いる方法を提案した.適応フィルタによる符号間干渉とマルチパス除去のシミュレーションを行った結果,逆GPSにおいて符号間干渉とマルチパスの影響を5分の1に軽減できることが示された.最後に逆GPSの誤差要因としてアンテナ配置をとりあげた.アンテナは固定して配置するが被測位者はエリア内を移動するため各アンテナとの距離が時間的に変化する.そのために,測位点は真の位置よりシフトしてしまう.そこでGPSの実験データをモデル化し,その結果を逆GPSに拡張することによって,このシフト誤差を3分の1に軽減した.

(4)MRI画像からの聴神経鞘腫の三次元再構築と形状パラメータ導出

本研究では、MRI画像からの3次元再構築により腫瘍の立体形状を視覚的、数値的に把握し、聴神経鞘腫の形状評価パラメータを提案し、診断支援を行うことを第一の目的とした。MRI画像(造影T-1頭部axial断面)からスプライン関数による腫瘍輪郭の強調、領域内の穴埋め処理、二値化により聴神経鞘腫の形状を抽出することが出来た。本研究により算出した体積と既存のパラメータ、提案パラメータをグラフ形状、ピアソンの積率相関係数を用いて比較した。その結果、体積をもっとも良く反映している腫瘍径パラメータは、Type 1 – Generalにおいてはb(a+c)n、Type 2 – ICにおいてはdbn、Type 3 – Cysticにおいてはabnであることが分かった。MRI画像からの聴神経鞘腫の抽出、計測、三次元再構築までの一連の操作における操作者の負担を軽減し、客観的かつ定量的なデータを迅速に取得し、画像診断支援を行うことを第二の目的とした。腫瘍形状抽出データから補間輪郭を得て、OpenGLの機能により、聴神経鞘腫の3次元再構築を行うことができた。

(5)位相限定相関法による静脈パターンを用いた個人認証

本論文では手の甲の静脈パターンのグレースケール画像を画像全体で比較することにより低コスト、高速、高精度な個人認証を行うことを目的とした研究を行った。まず赤外線LEDを照明として用い、強調された手の甲の静脈画像をCCDにより撮影する装置について作成を行った。そして得られた画像をパソコンにビデオキャプチャーカードを介して取り込み、前処理後に登録画像との比較を行うことによって個人認証を行った。認証のアルゴリズムとしてフーリエ変換後の画像の振幅情報を固定値に置き換えてしまい位相情報のみを用いて相関を求めるもの位相限定相関法を採用した。このため位相限定相関法は画像の照度変化と平行移動に関してロバストであり極めて急峻なピークが得られる。撮影装置に手を固定するガイドを設ける事によって別時刻に撮影した画像においても86\%という高い識別率が得られることが確認出来た。また、皮下脂肪の厚さなどの理由により静脈による認証に適さない人物が存在し、赤外照明を増やし照射角度を斜め方向に変えることにより改善できることが確認できた。

(6)色成分偏度の測定による悪性黒色腫の診断方法の検討

本研究では現場の医師の方々が診断の際に重視する見た目の特徴、つまり病変領域の形状、および病変領域内における色情報の分布パターンに注目し、医師の方々の視覚的な観点に、できる限り則した特徴を数値化することを目指した。病変領域内における色情報としてはRed、Green、Blue、Cyan、Magenta、Yellow、およびV(brightness)成分を抽出し、その分布を調べることによって悪性・良性の判定に適した特徴量の検討を行った。その結果、それらを用いたふるい分けにより、本研究で用いた40種類の悪性黒色腫・良性母斑に対して正確な悪性・良性判定結果を得ることに成功した。この結果から、本研究方法が主観的な症例の分類を介さない、様々な症例に対して適用できる有効な悪性・良性の判定方法であることが確認できた。

(7)3種類の楽器によるセッション演奏に対応した採譜システムに関する研究

本研究ではジャズのセッション演奏で頻繁に用いられるピアノ、サックス、ベースの3種類の楽器を対象とした採譜システムの構築を試みた。システムはテンポをはじめ、音高、音色、発音タイミング、音長といった譜面上に記されている主要要素全てについて解析を行う総合的なものとなる。従来、複数楽器による多重演奏を解析対象とする場合、システムに豊富な予備知識を与える方法や位置情報を与えるなど、計算量や制約を増やして解析を行う方向性が見られたが、本研究では解析対象を16分の分解能で解析することで計算量の減少を図ると同時に、それ自身から楽器モデルを構築することで演奏環境や音域の違いによる楽器の特徴の変化に対応できるシステムを構築して、その有効性をコンピュータシミュレーションにより確認した。

(8)胃の腫瘍診断のための形状特徴量の検討

腫瘍の診断において最も重要なことは、良性・悪性の判別である。胃線種は以前、異型上皮と呼ばれていた病変で、良性炎症性上皮から高分化型癌までの広い病態を含む。その広い病態のため良性・悪性の判別が困難である。現在、判別は経験をつんだ病理医により行われているが、明確な判断基準がなく客観性に欠けるという問題点がある。本研究では、医線種の細胞組織画像から形状特徴量を求め、幅広い病態の区分けの検討をすることを目的とした。その結果、N/C比は細胞質に対する核領域の浸潤の度合い、円形度は異型性の指標になりえることがわかった。

(9)画像診断のための基底細胞癌の形状抽出

本研究は、基底細胞癌のダーモスコープ画像からArborizing Vessels(樹枝状血管)を形状抽出することを目的とする。最初に、原画像をRGB信号からHLS信号に変換し、あらかじめ抽出範囲として決めていた値をみたす画素だけを抽出した後、再びRGB信号に変換してディスプレイに表示する、という色情報による抽出を行った。次にTophat-by-PR処理で血管線を強調し、最後にArborizing Vesselsの「細長い」形状を抽出するため、円形度を形状特徴量として抽出を行った。その結果、原画像でArborizing Vesselsと周辺の皮膚の色情報差が大きいものについて、本研究で提案した方法の有効性が認められた。

(10)GPSにおける高度計測の改善に関する研究

本研究では、安価で手軽な装置で測位可能な単独測位による高度計測の精度改善を目的とした。単独測位の高さ方向の精度を改善するためには、測位結果の分散を小さくすることと測位結果の平均値を実際の高さに近づけることが必要となる。測位結果の分散を小さくするために、衛星配置と衛星数が測位精度に与える影響を考察し、高度計測に適した衛星配置を検討した。また、DGPSを用いて長時間測位を行い、得られたデータの平均値から真の高さを決定した。同じ場所での単独測位を行うことによって得られたデータから真の高さからの変位求めた。変位と衛星配置をもとにシミュレーションを行い、衛星位置とシフト誤差との関係について考察した。

発表論文・学会発表・特許申請など

原著論文

  • 田中敏幸,伊藤千恵:虹彩のテクスチャを用いた本人認証,パソコンリテラシ,第27巻,第10号,pp.28-33,2002年10月号
  • 村瀬曜子,田中敏幸,岡輝明:.画像処理による皮膚腫瘍の分類の検討,電気学会論文誌C 電子・情報・システム論文誌,Vol.122-C,No.10,pp.1713-1720
  • Toshiyuki Tanaka, Hiroaki Ito, Teruo Miyashita : Deformation and Cutting Algorithm of Organ Model Used for Laparoscopic Surgery Simulator, System and Computer in Japan, Vol.33, No.12, pp.1-10, November 2002
  • 田中敏幸,根本順子,國弘幸伸:輪郭抽出に基づいた顔面神経麻痺の定量的評価法,Facial Nerve Research, Vol.24,pp.99-101
  • 俣野友宏,田中敏幸:搬送波位相を用いた逆GPS測位,電気学会-電子・情報・システム部門誌,Vol.123-C,No.2,pp.255-261

国際会議

  • M. Tanaka, S. Kobayashi, H. Mizutani, T. Tanaka, and T. Nishikawa : Image analysis of color information from dermoscopic findings in melanocytic lesions, 63rd Annual Meeting Abstracts of the Society for Investigative Dermotology, May 2002
  • Toshiyui Tanaka, Yasuyuki Tagami : Automatic MIDI data from music WAVE data performed by 2 instruments using blind signal separation, MA19-3, SICE2002, August 2002
  • Junichi Takamura, Toshiyuki Tanaka : Influence of satellite’s arrangement upon GPS measurement Subtitle, MA19-4, SICE2002, August 2002
  • Kazuki Shimizu, Toshiyuki Tanaka : FORECAST AND IMPROVEMENT OF SHIFT ERROR WITH GPS STANDARD POSITIONING SERVICE, IEEE 6th International Conference on Signal Processing, August 2002
  • Toshiaki Suzuki, Toshiyuki Tanaka : STUDY ON CANCELING INTERSYMBOL INTERFERENCE OF INVERSE-GPS, IEEE 6th International Conference on Signal Processing, August 2002
  • Youhei Muto, Toshiyuki Tanaka : TRANSCRIPTION SYSTEM FOR MUSIC BY TWO INSTRUMENTS, IEEE 6th International Conference on Signal Processing, August 2002
  • Toshiyuki Tanaka, Yoko Murase, Teruaki Oka : CLASSIFICATION OF SKIN TUMORS BASED ON SHAPE FEATURES OF NUCLEI, The 2<sup>nd</sup> Joint EMBS-BMES Conference, October 2002
  • Toshiyuki Tanaka, Masato Torikai : CONTOUR EXTRACTION OF FETUS’ HEAD FROM ECHOCARDIOGRAM USING SNAKES, The 2nd Joint EMBS-BMES Conference, October 2002
  • Toshiyuki Tanaka, Kaori Hara, Yumiko Hata, Takanobu Kunihiro : Volume analysis and examination of parameters on the tumor diameter by 3D reconstruction of vestibular schwannoma, Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine, Consensus on Systems for Reporting Results in Acoustic Neuroma, Springer-Verlag, pp.63-70
  • Toshiyuki Tanaka, Shohei Orukawa, Noriyuki Yoshida, Takanobu Kunihiro : Indices of facial features obtained from contour extraction with image processing and its application to objective estimation of facial palsy, Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine, Consensus on Systems for Reporting Results in Acoustic Neuroma, Springer-Verlag, pp.149-158
  • Reina Yamada, Toshiyuki Tanaka, Masaru Tanaka, Seiichiro Kobayashi : Pathological feature evaluation of melanoma by image processing, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference, IFMBE Proc 2002 3(2), pp.930-931, December 2002
  • Masanori Higuchi, Toshiyuki Tanaka : Biometric Identification by Hand Vein Pattern with Phase Only Correlation, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference, IFMBE Proc 2002 3(2), pp.934-935, December 2002
  • Satoru Torii, Toshiyuki Tanaka, Masaru Tanaka, Seiichiro Kobayashi : Erythematous measurement of pemphigus with shape extraction method, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference, IFMBE Proc 2002 3(2), pp.1134-1135, December 2002
  • Toshiyuki Tanaka, Sayoko Yamasaki, Teruaki Oka : Study on evaluating malignancy of tumor cells by features of nuclei and cytoplasm, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference, IFMBE Proc 2002 3(2), pp.1136-1137, December 2002
  • Hiraku Mizutani, Toshiyuki Tanaka, Masaru Tanaka, Seiichiro Kobayashi : Study on malignancy index for the diagnosis of melanoma with image processing, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference, IFMBE Proc 2002 3(2), pp.1138-1139, December 2002
  • Yumiko Hata, Kaori Hara, Toshiyuki Tanaka, Takanobu Kunihiro : Volume analysis and examination of the shape parameters of vestibular schwannoma from MRI image, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference, IFMBE Proc 2002 3(2), pp.1140-1141, December 2002
  • Junko Nemoto, Toshiyuki Tanaka, Takanobu Kunihiro : An Objective Evaluation Method of Facial Palsy by Feature Extraction, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference, IFMBE Proc 2002 3(2), pp.1142-1143, December 2002

口頭発表

  • 田中敏幸,根本順子,國弘幸伸:輪郭抽出に基づいた顔面神経麻痺の定量的評価法,第24回日本顔面神経研究会予稿集,平成14年6月
  • 田中敏幸,村瀬曜子,岡輝明:画像処理による皮膚腫瘍の分類,電気学会電子・情報・システム部門大会,平成14年9月
  • 鳥居哲,田中敏幸,田中勝,小林誠一郎:画像処理による天疱瘡の紅斑定量法,電気学会電子・情報・システム部門大会,平成14年9月
  • 水谷開,田中敏幸,田中勝:色成分偏度の測定による悪性黒色腫の診断方法の検討,第19回センシングフォーラム,平成14年9月
  • 樋口正憲,田中敏幸:静脈パターンによる個人認証,第19回センシングフォーラム,平成14年9月
  • 鈴木寿晃,田中敏幸:逆GPSのマルチパス誤差の軽減法に関する研究,第19回センシングフォーラム,平成14年9月
  • 志水和樹,田中敏幸:GPS単独測位における誤差軽減に関する研究,第19回センシングフォーラム,平成14年9月
  • 大野雄太,田中敏幸,岡輝明:画像処理による悪性腫瘍の分類に関する研究,第19回センシングフォーラム,平成14年9月
  • 國弘幸伸,五島史行,林 裕次郎,久保直彦,田中敏幸:CTを用いた半規管の三次元構造の計測,第61回日本めまい平衡医学会
  • 鈴木寿晃,田中敏幸:逆GPSの符号間干渉とマルチパス除去,GPSシンポジウム2002,平成14年11月
  • 高村淳一,志水和樹,田中敏幸:GPS単独測位における誤差軽減についての研究,GPSシンポジウム2002,平成14年11月
  • 中島健,田中敏幸:GPSにおける高度計測の改善に関する研究,GPSシンポジウム2002,平成14年11月
  • 内野佳高,田中敏幸:胃の腫瘍診断のための形状特徴量の検討,第20回パソコン利用技術研究発表会講演論文集,A-3,平成15年3月
  • 柴田悠紀,田中敏幸:画像診断のための基底細胞癌の形状抽出,第20回パソコン利用技術研究発表会講演論文集,A-12,平成15年3月

学位論文

修士論文

  • 大野雄太:画像処理による悪性腫瘍の分類に関する研究
  • 志水和樹:GPS単独測位におけるシフト誤差改善に関する研究
  • 鈴木寿晃:逆GPSの誤差除去に関する研究
  • 畑弓子:MRI画像からの聴神経鞘腫の三次元再構築と形状パラメータ導出
  • 樋口正憲:位相限定相関法による静脈パターンを用いた個人認証
  • 水谷開:色成分偏度の測定による悪性黒色腫の診断方法の検討
  • 武藤洋平:3種類の楽器によるセッション演奏に対応した採譜システムに関する研究

卒業論文

  • 内野佳高:胃の腫瘍診断のための形状特徴量の検討
  • 柴田悠樹:画像診断のための基底細胞癌の形状抽出
  • 中島健:GPSにおける高度計測の改善に関する研究

研究助成

  • 文部科学省科学研究費補助金:基盤研究(C)課題番号:14571633
    「輪郭抽出法を用いた顔面神経麻痺の客観的評価法の開発」
  • 豊田理化学研究所
  • 慶應義塾大学学事振興資金(共同研究),「マイクロリアクター用超小型高感度NMRモニターの開発」
  • 慶應義塾大学学事振興資金(個人研究),「特徴量の自動抽出による悪性黒色腫の病理的診断支援システムの開発」

進路

  • 野村総合研究所
  • 日本航空
  • 日本テレビ
  • カメラマン
  • レッドフォックス
  • キャノン 2名
  • 慶應義塾大学大学院理工学研究科 2名

Dept. Applied Physics and Physico-Informatics