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Robust Motion Analysis with Noise Influence : Respiratory Motion Recovery from X-Ray image Sequence

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氏     名  佐々木 博 光 氏 名 張 海 虹 学 位 の 種 類 博 士(工 学) 学 位 記 番 号 第4465号 学位授与年月日 平成16年3月25日 学位授与の要件 学位規則第4条第1項該当者 学 位 論 文 名 Robust Motion Analysis with Noise Influence─Respiratory Motion Recovery from X-Ray Image Sequence (雑音下でのロバストな動き解析─X線連続写真からの肋骨の動き検出) 論文審査委員 主 査 教 授 濱 裕 光 副主査 教 授 辰 巳 昭 治 副主査 教 授 鳥 生 隆 副主査 助教授 柳 原 圭 雄 論 文 内 容 の 要 旨 本研究の目的は、雑音の影響を強く受けた複数枚画像からのロバストな動き検出にある。 第1章では、本研究の目的と背景について述べた。 第2章では、オプティカルフローに注目し、確率的緩和法を用いたロバストな動き検出法を提案した。画像 系列からのオプティカルフローは、しばしば雑音や問題をもっと複雑にする部分的に間違ったデータにより誤 検出される。ここでは、不適切なデータは、いろいろな状態にある特徴点の確率の繰返し計算により取り除か れた。各瞬間のモーションモデルを用いてパラメータを評価し、矛盾のない運動グループを検出することによ り、複数個の物体の3次元的動きパラーメータから不適切なデータの影響を排除して正しく復元できることを 明らかにした。 第3章では、動き復元技術を胸部Ⅹ線画像系列の解析に応用する手法を提案し、その実験結果について述べ た。肋骨の2次元動きは相互共分散により評価され、補償される。ここで、雑音の影響から肋骨部分を強調す るために拡張ソーベルオペレーターとラドン変換を施すことにより、補償された画像から肋骨輪郭線がより正 確に抽出された。抽出された胸部の2次元運動は、高速かつロバストな肋骨の2次元形状と位置の追跡に利用 され得ることを明らかにした。 第4章では、呼吸の全期間を通じて得られた肋骨輪郭線に基づく、肋骨の形状と呼吸運動の3次元復元につ いて述べた。肋骨の動きはある回転軸の周りの円運動として考えられるので、肋骨上の任意の点の軌跡は、2 次元放射線写真上では楕円を描く。このことより、肋骨の2次元動きの軌跡は楕円の集合にフィットさせられ、 その楕円パラーメータは肋骨の3次元形状と呼吸運動を復元するために用いることができる。問題を単純化す るために3次のベゼ曲線を用いて、各肋骨輪郭線を近似し、4つの制御点を抽出した。その制御点の動きを楕 円にフィットさせるために、雑音の影響と抽出エラーを考慮し、マハラノビス距離(MD: Mahalanorbis Distance) に基づいた楕円フィッティング法を提案した。このように確率分布を考慮することにより、従来のユークリッ ド距離を用いた最小自乗法(LMS: Least Mean Square)に比べてより正確に楕円の動き軌跡がフィットされ得 ることを明らかにした。肋骨の形状と動きは、楕円パラメータから計算された制御点の3次元座標から復元す ることができる。運動復元の有効性は計算機実験で確かめられた。特に、楕円フィッティングにおけるオプテ ィカルフロー復元とMDを採用した緩和法により不適切なデータを取り除くだけでなく、動き解析にも有用な確 率推定を与えることが判明した。 第5章では、第2章から第4章までで得られた成果をまとめると共に、今後の研究課題について述べた。本 研究の成果は、3次元動画像処理の分野における3次元世界の再構築に応用できるものである。 ― 264 ― 論 文 審 査 の 結 果 の 要 旨 本研究は、ノイズの影響を強く受けた複数枚画像からのロバストな3D(3次元)情報の復元に焦点を当てて いる。画像系列から得られるオプティカルフローは、ノイズや部分的に間違ったデータにより誤検出されるこ とがある。このような不適切なデータを確率的緩和法を用いた繰返し計算により取り除く手法を提案している。 各瞬間のパラメータを評価し、矛盾のない運動グループを検出することにより、複数個の物体の3D動きパラー メータから不適切なデータの影響を排除して正しく復元できることを明らかにしている。 次に、動き復元技術を時系列胸部Ⅹ線画像の解析に応用している。肋骨の動きを相互共分散により評価し、

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