生体医用画像研究室

 

教員

  • 教授:佐藤 嘉伸

    教授:
    佐藤 嘉伸

  • 准教授:大竹 義人

    准教授:
    大竹 義人

  • 助教:横田 太

    助教:
    横田 太

E-mail { yoshi,otake, f-yokota }[at] is.naist.jp

研究室概要

当研究室では、情報科学と医学の融合により高度に知能化された医用画像計測・処理システムを研究しています。そのため、生体医用画像データベースからの統計学習や生体シミュレーションに基づく「計算医学」の研究を行っています(図1)。

当研究室で行っている「計算医学」研究の全体像

図1 当研究室で行っている「計算医学」研究の全体像

計算解剖学に基づく仮想人体の構築

医用画像工学が発展し、生きたままの人体内部の臓器・組織の構造やそれらの機能を高精細3次元医用画像として計測することが可能になっています。私たちはこの画像をもとに、多次元画像解析、形状解析、変形解析、統計的モデリング、機械学習、ベイズ推定などの手法・理論を駆使して、計算機内に「仮想人体」を構築する研究をしています(図2)。

計算解剖学に基づく仮想人体の構築

図2 計算解剖学に基づく仮想人体の構築

診断・治療計画における意思決定支援システム

計算機内の仮想人体を使って、過去の患者の手術前の画像やシミュレーションによる予測結果、実際に行った手術記録などをデータベース化し、統計的なモデリングを行っています。これに基づき、治療効果とリスクを最適にバランスさせる治療計画を計算機により立案するシステムを開発し、従来の「経験に基づく医学」を「科学的機序とデータ科学に基づく計算医学」に転換することを目指します。(図3)

診断・治療計画支援システム

図3 診断・治療計画支援システム

治療支援システム(手術ナビゲーション)

拡張現実感の技術を用いて実世界の人体と計算機内の仮想人体とを正確に位置合わせして融合します。肉眼では見えない人体内部の三次元構造を仮想人体で把握・予測しながら手術を行えるようにする技術を研究しています(図4)。

手術ナビゲーションを中心とする治療支援システム

図4 手術ナビゲーションを中心とする治療支援システム

治療効果の評価システム

手術が計画通りに行われたかどうか、また術後の合併症がおこる可能性がないかといった治療効果の評価は、リハビリテーションの計画や次回の手術計画にフィードバックするために重要となります。私たちはこのような医療における品質管理を実現するため、治療効果を定量的に評価するための人体動作解析システムを研究しています(図5)。

治療効果の評価を目的とした人体動作解析システム

図5 治療効果の評価を目的とした人体動作解析システム

研究設備

PCクラスタ(24CPU、108コア)、ファイルサーバ(90TB)、3次元医用画像システム(Synapse Vincent, Fujifilm Corp.)、光学式/磁気式モーションキャプチャ装置(Polaris Spectra, Polaris Vicra, Aurora, Northern Digital Inc.)、超音波画像診断装置(Aloka)など

外部資金・共同研究など

  • 文部科学省・科研費(新学術領域、基盤A、基盤C、JSTさきがけ)
  • 大阪大学・医学系研究科、米国・ジョンズホプキンス大学、スイス・ベルン大学、イラン・テヘラン大学などと共同研究