三次元画像情報を用いた生体内部ひずみ場のin vivo計測

使用 3D 图像信息体内应变场测量

• 批准号: 16035205
• 负责人: 吉川 暢宏
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16035205/
• 关键词: X線CT; 画像処理; ひずみ場計測; 材料構成則; 非侵襲試験; 有限要素法; バイオメカニクス; 最適化法

形状に関する情報のみならず,力学場に関する情報を医療画像から抽出することが目的である.代表的医療画像装置であるX線CTにより,ある時点を基準とした形の変化が高速かっ高精度で観測できるとの設定で,変位場とその空間微分であるひずみ場を計測する技術を開発した.開発した手法の概略は次のとおりである.画像データ取得 無負荷である基準状態と,外力が加わり変形した荷重状態双方に関して,十分な空間精度でX線CT画像を撮影し,三次元ボクセル画像が構成可能なデータがそろっているものとする.これら2組のデータセットを用いて,物体内部の変位場,すなわち,ある物質点が,荷重負荷によりどの位置に移動したかを特定する.変位関数の設定 同一物質点に関して,無負荷状態での位置と荷重状態での位置の間の関係を記述するのが変位関数である.これまでは,フーリエ級数を基底関数として採用したが,十分な精度で三次元変位場を表現するには,膨大な計算機負荷が発生することがわかった.その限界を克服するため,B-スプライン関数を採用することとした.これにより,変位場の複雑度の違いにあわせて,動的に非線形度を変化させることが可能となった.すなわち,B-スプライン関数の節点を,最初は粗く等間隔の格子点として設定し,変位場同定の進行にあわせて,機動的に節点間隔を変化させる.この操作には,アダプティブ有限要素法のh法が応用できる.これにより,部分的な変位場の複雑度の違いに対処できる.未知パラメータの同定 実際に計測された画素値分布と,B-スプライン関数変位場により仮想的に変形させた前画素値分布の差を誤差関数とする.その誤差関数を最小化する未知系数値を勾配法の一種である,Levenberg-Marquardt法により求める.以上の定式を導出し,簡易的に作成した画像データを用いて,提示した手法の妥当性を確認した.

Shape に masato す る intelligence の み な ら ず, mechanical field に masato す る intelligence を medical portrait か ら spare す る こ と が purpose で あ る. Representative images of medical device で あ る X-ray CT に よ り, あ る point を benchmark と し た form の variations change が high-speed か っ high-precision で 観 measuring で き る と の setting で - potential field と そ の space differential で あ る ひ ず を み field measuring す る technology を open 発 し た. The development of the た technique is briefly described in the である sub-<s:1> とお である である. The portrait is obtained at デ タ タ タ No-load で あ る と benchmark status, external force が plus わ り - shaped し た load state both sides に masato し て, very な space precision で X-ray CT picture を pinch of shadow し, three dimensional ボ ク セ ル portrait が composition may な デ ー タ が そ ろ っ て い る も の と す る. こ れ ら two groups の デ ー タ セ ッ ト を with い て, object interior の - potential field, す な わ ち, あ る が material point Load: によ <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> に position: に movement: <s:1> た を specific する. The number of change points is set Same material point に masato し て, no-load state で の position と load state で の position between の の masato account department を す る の が - a number of masato で あ る. こ れ ま で は, フ ー リ エ series number を basal masato と し て using し た が, very な precision で す を three yuan - a field performance る に は, expands な computer load が 発 raw す る こ と が わ か っ た. そ の limit を Overcome す る た め, B - ス プ ラ イ ン masato adopted several を す る こ と と し た. こ れ に よ り, variations of potential field の 雑 complexity の violations い に あ わ せ て, moving に を nonlinear degrees - the さ せ る こ と が may と な っ た. す な わ ち, B - ス プ ラ イ ン masato を の node, initial は coarse く spaced の lattice point と し て setting し - potential field with fixed の に あ わ せ て, mobile に node interval を variations change さ せ る. こ の operation に は, ア ダ プ テ ィ ブ の h method of the finite element method が 応 with で き る. こ れ に よ り, part of the な - potential field の 雑 complexity の violations い に 処 seaborne で き る. It is unknown that パラメ, パラメ, タ, タ are the same Be interstate に measuring さ れ た pixels numerical distribution と, B - ス プ ラ イ ン masato number - potential field に よ り 仮 think に - shaped さ せ た poor before painting element numerical distribution の を error number of masato と す る. そ masato several を の error minimization す る の numerical を hook with the unknown coefficient method a で あ る, Levenberg - Marquardt method に よ り o め る. Above の を export し, simple に made し た portrait デ ー タ を with い て, prompt し た gimmick の justice を confirm し た.

项目成果

X線CT画像による不均質体内部の三次元変位場同定

利用 X 射线 CT 图像识别异质体内的三维位移场

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本機械学会論文集(A編) 70巻697号
• 作者: 吉川暢宏;中本与一;桑水流 理;川山高寛
• 通讯作者: 川山高寛