ブラックボックス最適化を用いた臓器の変形推定手法の開発

利用黑盒优化开发器官变形估计方法

• 批准号: 22K12840
• 负责人: 山本 詩子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12840/
• 关键词: 変形推定; コンピュータ支援手術; ブラックボックス最適化; カーネル法; ランドマーク; 肺; 気胸変形; ベイズ的最適化

肺の手術において、開胸手術に比べてより低侵襲な胸腔鏡手術が主流となってきたが、手術中の視野が狭く臓器の状態を正確に捉えることが難しいことから、手術計画通りに手術を進めることがしばしば難しい。そこで医師による施術をコンピュータが支援するシステムの導入が進められている。コンピュータ支援手術では、直接目視できない領域を含めて注意すべき関心領域や切除対象領域についての情報を医師に提供することが求められている。本研究課題は、手術中の限られた視野内で肺の変形を観測するランドマークとなる位置を最適化し、変形を解析しやすいコスト関数で変形をモデリングすることにより、ヒト肺の変形推定を行い手術の支援をするアルゴリズムの創出とシステムの開発を行うことを目的としている。研究期間1年目の本年度は、限られた視野内で臓器を観測するランドマーク位置の最適化をするために適用するブラックボックス最適化のプログラム開発を行った。観測するランドマーク点の組合せの善し悪しを組合せ最適化問題としてモデリングし最適化する。観測するランドマーク点の数は少ない方が実際の手術に応用する際の計測コストが低いが、数が少なすぎると変形を精度良く推定することが困難となる。また、観測する位置が推定精度に影響すると考えられるが、どのような位置を観測すると推定精度が良くなるかは自明ではないため、探索する必要がある。ブラックボックス最適化は、入力と出力の関係を直接的に固有のコスト関数で書き下すことが難しい問題である場合に、二次形式などのコスト関数で入出力関係をモデル化することで、モデルを最適化することができる。このブラックボックス最適化に関するプログラムは、関連する他のプロジェクトにおける研究の進捗が良好であることから、相補的な作成が可能となり、計画通り本年度中に完成することができた。

Lung の surgery に お い に て, open chest surgery than べ て よ り minimally invasive な thoracoscope surgery が mainstream と な っ て き た が, surgery の vision が narrow く viscera の state を right に catch え る こ と が difficult し い こ と か ら, operation plan through り に surgery を into め る こ と が し ば し ば difficult し い. The operation on そ こ で physicians に よ る を コ ン ピ ュ ー タ が support す る シ ス テ ム の import が into め ら れ て い る. コ ン ピ ュ ー タ support surgery で は, direct visual で き な を い field containing め て note す べ き masato heart areas や excision polices like に つ い て の intelligence を physicians に provide す る こ と が o め ら れ て い る. は, this research subject in the operation の limit ら れ た horizon で lung の - shaped を 観 measuring す る ラ ン ド マ ー ク と な る location optimal を し, - を parsing し や す い コ ス ト masato number で - shaped を モ デ リ ン グ す る こ と に よ り, ヒ ト lung の - shaped presumption を い operation is の support を す る ア ル ゴ リ ズ ム の hit と シ ス テ ム の open 発 を line う こ と を purpose Youdaoplaceholder0 て て る る. During the study period 1 year の は this year, the limit of ら れ た horizon で viscera を 観 measuring す る ラ ン ド マ ー ク location optimal の を す る た め に applicable す る ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス optimization の プ ロ グ ラ ム open 発 を line っ た. 観 measuring す る ラ ン ド マ ー ク combination point の せ の good し 悪 し を せ combination optimization problem と し て モ デ リ ン グ し optimization す る. 観 measuring す る ラ ン ド マ ー ク の number less は な い party が be interstate の surgery に 応 with す る interstate の measuring コ ス ト が low い が, less number が な す ぎ る と - good shape precision を く presumption す る こ と が difficult と な る. ま た, 観 す に presumption が る position precision effect す る と exam え ら れ る が, ど の よ う な position を 観 measuring す る と presumption of good precision が く な る か は self-evident で は な い た め, explore す る necessary が あ る. ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス optimization は, と into force output の masato is inherent の を direct に コ ス ト masato number で す き down こ と が difficult し い problem で あ る に, quadratic form な ど の コ ス ト masato number で into output masato is を モ デ ル change す る こ と で, モ デ ル を optimization す る こ と が で き る. こ の ブ ラ ッ ク ボ ッ ク ス optimization に masato す る プ ロ グ ラ ム は, masato す る he の プ ロ ジ ェ ク ト に お け の る research into 捗 が good で あ る こ と か ら, phase of な made が may と な り, plan り に finish in this year's す る こ と が で き た.

项目成果

タギングMRIにおけるタグパターンの追跡性能についての検討

标签MRI中标签模式跟踪性能研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本 詩子;今井 宏彦;大関 真之;加納 学
• 通讯作者: 加納 学

Kernel-based framework to estimate deformations of pneumothorax lung using relative position of anatomical landmarks

基于内核的框架使用解剖标志的相对位置估计气胸肺的变形

• DOI: 10.1016/j.eswa.2021.115288
• 发表时间: 2021
• 期刊: Expert Systems with Applications
• 影响因子: 8.5
• 作者: Yamamoto Utako;Nakao Megumi;Ohzeki Masayuki;Tokuno Junko;Chen-Yoshikawa Toyofumi Fengshi;Matsuda Tetsuya
• 通讯作者: Matsuda Tetsuya