知能と情報
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20 巻 , 1 号
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目次
巻頭言
特集:「医用システム」
特集論文:医用システム
原著論文
  • Takayuki FUJITA, Kentaro MASAKI, Kazusuke MAENAKA
    20 巻 (2008) 1 号 p. 3-8
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    Observation of daily human activity and status is important from the viewpoints of maintaining health and preventive medical care. In this study, we describe a system for monitoring human activities and conditions that uses microelectromechanical systems (MEMS) sensors. The system contains four MEMS sensors for environmental monitoring-3-axis acceleration, barometric pressure, temperature, and relative humidity -as well as the peripheral circuitry for each sensor. Measured human activity data are stored in a memory via an on-board microprocessor. We measured environmental data for a subject's daily life. To estimate the subject's activity and his condition from a huge volume of data, we applied a soft computing technique to machine learning for the automatic extraction of human-activity classification.
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  • 新居 学, 安藤 滋, 高橋 豐, 内布 敦子, 坂下 玲子
    20 巻 (2008) 1 号 p. 9-18
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    医療の現場においてその質を維持・向上していくことは非常に重要なことである.近年,ツールの汎用化と医療現場における実用性を考慮して電算化が図られ,インターネットを介してデータ収集を行い,大量のデータを蓄積するシステム(Web版看護ケアの質評価総合システム)が開発されている.このような取組みは他に例がないため,看護ケアの質向上のために多くの病院の参加が望まれる.しかし現在は,数名の専門家から構成される看護ケア研究班が収集された自由記述回答を実際に読み,記載内容から実施された看護行為を判断して評価しているため,参加病院数を増やすことが難しい.本研究では,Web版看護ケアの質評価総合システムを広く利用してもらうために,自由記述回答の自動分類に機械学習アルゴリズムを用いたテキスト分類システムを構築する.具体的には,あらかじめ専門家により分類されている自由記述回答を用いて,文章の特徴を抽出して数値データ化し,これを教師データとしてサポートベクターマシンにより分類を行う.本論文では,文章の長さや,使用されている単語や表現に関する評価者の知見を反映した特徴ベクトル生成法を提案する.数値実験結果から,提案手法により未知データに対して良好な分類性能が得られることを示す.本研究の成果により多数の看護師からの回答を評価できるようになり,Web版看護ケアの質評価総合システムの利用による看護ケアの質向上が期待できる.
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  • 水谷 洋輔, 鶴岡 信治, 川中 普晴, 篠木 剛, 大山 航, 関岡 清次
    20 巻 (2008) 1 号 p. 19-28
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    心臓病の診断には,心臓の運動機能を定量的に評価することが重要であるとされている.医師は超音波画像に基づき,心筋の厚み変化率,心室容積変化率などの指標を用いることで時間的に変化する心臓の運動機能を定量的に評価している.筆者らの研究室では,心筋層内の運動機能を正確に計測するために,超音波RF信号から局所の心筋層内の追跡方法である信頼度付き階層的相関法を開発し,ノイズが少ない超音波RF信号に対して心筋層内の運動を定量的に計測することが可能になった.本論文では,信頼度付き階層的相関法による運動追跡を用いて,健常 22例と疾患 21例に対して心筋の運動を統計的に調査し,統計量を用いて心臓の運動機能評価のための指標を提案する.提案指標は,健常者の心筋層内における移動速度の平均と分散を考慮した指標,心筋の厚み変化率の平均と分散を考慮した指標,両方の指標を有病誤診率と無病誤診率の和が最小となる重み係数を使用して線形結合した指標の3種類である.提案指標と医師が運動機能評価に用いる指標である心筋の厚み変化率に対して,ROC解析を用いた判別精度の比較を行った.その結果,ROC曲線下の面積が,提案指標ではそれぞれ 0.95,0.91,0.97,厚み変化率では 0.93となり,厚み変化率による診断より診断精度が高い指標を提案することができた.
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  • Syoji KOBASHI, Mieko MATSUI, Noriko INOUE, Katsuya KONDO, Tohru SAWADA ...
    20 巻 (2008) 1 号 p. 29-40
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    Measurement of cortical thickness using human brain magnetic resonance (MR) imaging can assist physicians in quantifying cerebral atrophy. Most of the conventional measurement methods assign the same class to all pixels with a similar MR signal independent of their locations, and are therefore unsuitable for MR images that have strong intensity nonuniformity (INU) artifact. We propose an automated method that locally segments the cerebral cortex using an adapted fuzzy spatial model representing the transit of MR signals from the cerebral cortex to the white matter. This method assigns fuzzy degrees belonging to brain tissues using the adaptive fuzzy spatial model for local intensity transition from the cerebral cortex to inside the cerebrum. We also introduce an evaluation method of cortex segmentation algorithms that consists of reproducibility, quantitative, and qualitative tests; we use this method to evaluate and discuss the proposed segmentation method in comparison with the conventional method.
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  • 古賀 崇了, 堀尾 恵一, 升井 一朗, 山川 烈
    20 巻 (2008) 1 号 p. 41-52
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    本論文では,良否を含む過去の顎矯正手術事例から得られる知見を集約し,新規患者の手術計画に援用する手法を提案した.顎矯正手術において,審美性という点のみに注目して過去の症例を考察した場合,必ずしも審美性が向上したとは言えない事例が存在する.適切な手術計画を行うためには,審美的な観点から望ましい事例のみならず,望ましくない事例から得られる知見をも積極的に取り扱うことが必要である.本論文では,成否両方の事例から望ましい入出力関係の獲得を行うニューラルネットワークである自己組織化関係ネットワークを改良した手法を提案した.さらに,集約した知見を視覚的に理解しやすい形式で表現するために,画像処理による症例のクラスタリング手法などを導入した.提案手法とプロフィログラムなどを用いた従来手法とを統合した手術計画援用システムを構築し,その定性的評価を行った.
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  • 長宗 高樹, 西本 浩司, 星野 祐一, 久保 晴司, 水野 清典, 黒田 良祐, 黒坂 昌弘
    20 巻 (2008) 1 号 p. 53-65
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    スポーツ競技中に好発される膝関節の前十字靭帯損傷時においては,失われた機能を回復する為に再建術を行う.再建術は大腿骨および脛骨に骨孔と呼ばれる穴を作成し,それらの穴に再建靭帯を通して,大腿骨と脛骨を連結する.ここで,作成された骨孔は時間経過とともに再建靭帯との摩擦や圧力によって骨孔拡大が発生し,それが膝の前後及び回旋安定性に影響を及ぼすと言われている.骨孔拡大と術後成績との関係を検討するためには,骨孔拡大の3次元の定量的評価が必要であるが,MDCT中における骨孔領域の読影の困難さから行われていない.MDCT画像中において,骨孔周辺の信号値は曖昧な分布を示しており,簡易的な閾値処理や領域拡張法では抽出が困難である.また,MDCTのデータ量は非常に膨大であり,検者が手動で抽出するには時間的・肉体的な労力を要する.そこで,本研究では MDCT画像中における骨孔領域の特徴を動的輪郭モデルに適用し,自動的に抽出する方法を提案する.6人の被検者に対して各二回取得した MDCTデータに本方法と熟練者が手動で抽出した結果を比較した所,3.5%の誤差であった.
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  • Naotake KAMIURA, Hirotsugu TANII, Akitsugu OHTSUKA, Teijiro ISOKAWA, N ...
    20 巻 (2008) 1 号 p. 66-78
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    In this paper, a scheme of recognizing hematopoietic tumor patients is presented, using self-organizing maps constructed by fast block-matching-based learning. This fast learning is referred to as T-BMSOM leaning. To classify the patients, screening data of examinees are presented to a constructed map. In T-BMSOM learning, a set of neurons arranged in square is regarded as a block, and one of the blocks is chosen as a winner per the presented data. It is assumed that members of a training data set to construct the map never change in static environments, whereas the data set is suddenly updated during learning in dynamic environments. While adopting the concept of blocks makes it possible to construct well-organized maps in dynamic environments, it lengthens the time for learning. To overcome this issue, T-BMSOM learning is based on a decision-tree-like winner search and a batch process. The screening data of an examinee frequently lacks several of the item values, and hence the data is presented to the map after averages of non-missing item values substitute for items with no values. The class of the data to be classified is basically judged by observing the label of a winner block. Simulation results establish that the proposed scheme achieves high accuracy of correctly recognizing the data of hematopoietic tumor patients, even if training the map is conducted in a dynamic environment.
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  • Masahiro KIMURA, Syoji KOBASHI, Katsuya KONDO, Yutaka HATA, Yuri T. KI ...
    20 巻 (2008) 1 号 p. 79-89
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    Diagnostic imaging system is a necessity for brain diagnosis. Transcranial Ultrasonography can noninvasively image the intracranial blood flow and brain tissue in real time from only temple area of human head. However, the ultrasonic wave causes attenuation, decentration, and refraction in the skull, so the ultrasonography can not provide the transcranial brain surface image from arbitrary place. In this paper, we propose an imaging system of brain surface and skull from arbitrary places by considering the ultrasonic refraction of the skull. We do an experiment by using a cow scapula to imitate the skull bone and a biological phantom to imitate the cerebral sulcus. We first visualize the shape of scapula, and grasp the shape of scapula surface. We second remove the delay and the multi echoes of refracted wave. We third calculate the thickness of the scapula by using fuzzy inference. In the inference, we employ amplitude, correlation coefficient and the elapsed time. Finally, we calculate the refractive angle of ultrasonic wave and visualize the image referring to the refraction of ultrasonic wave. In the result of applying our method, we can estimate the thickness of scapula at all points, and successfully visualize the phantom surface image.
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  • 米田 光宏, 田崎 博, 土屋 直樹, 中嶋 宏, 濱口 剛宏, 奥 正次郎, 志賀 利一
    20 巻 (2008) 1 号 p. 90-99
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    生体インピーダンス法を用いて内臓脂肪量を推定する手法は,X線 CTや MRIによる計測に比べると,コストや安全性の点で優れている.しかし,この手法で高い推定精度を実現するためには,複雑な組成を持つ生体の個体差を考慮した計測とその信号解析およびモデリングが重要となる.本稿では,特徴量のバリエーションを確保し,有効な特徴量の選定によるモデリング手法を提案する.具体的には,カーディナリティという指標を用いて特徴量の性質を定量的に評価することにより,特徴量のバリエーションを確保する.さらに,統計的な評価指標である赤池情報量規準を用いることにより,特徴量の選定を行う.実験の結果,提案手法によって構築した推定モデルが,高い推定精度と安定性を示すことを確認した.
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  • 彌冨 仁, 白 景明, 笠松 智孝, 橋本 順
    20 巻 (2008) 1 号 p. 100-107
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    非心臓手術中に発生する心事故リスクの推定を行った.これまで事故推定が難しいとされてきた,中,低リスク手術を含む1351 の手術記録から,何らかの心事故が発生した「全心事故」および,心臓死もしくは心筋梗塞の「hard event」の発生について解析した.解析因子には,手術の難易度,患者の年齢や既往歴などの臨床ファクタおよび,核医学検査結果に分類できる合計22 の項目を用い,予測モデルには線形および,サポートベクターマシン(SVM)識別器を用いた.交差検定法において,全心事故では,感度 80%,特異度 66%,hard event では,感度 85%,特異度 81%の,従来報告されているより良好な推定精度を実現した.線形,SVM識別器双方ともに,核医学検査で得られる共通のパラメータが選択されており,心臓事故の術前推定が難しい,中,低リスク手術においても核医学検査結果が重要な因子であることが確認できた.
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  • 武井 一典, 本間 経康, 石橋 忠司, 酒井 正夫, 後藤 太邦, 吉澤 誠, 阿部 健一
    20 巻 (2008) 1 号 p. 108-116
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    本論文では,胸部 X線 CT画像から高い真陽性率で肺結節を検出可能であると同時に,低い偽陽性率を達成するような,信頼性の高い計算機支援診断手法を提案する.提案手法は,効果的に対象画像の特徴を表現する新たな二つの特徴量を抽出することで,目的とする鑑別性能の向上を試みたものである.一つ目の新特徴量は,陰影の形状的特徴を表す指標であり,もう一つは陰影形状の体軸方向の連続性に関する特徴量である.実験の結果,従来手法に比べて提案手法の鑑別率が優れており,その有効性が示された.
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  • 西村 治彦, 中桐 功雄, 水野(松本) 由子, 石井 良平, 鵜飼 聡, 篠崎 和弘
    20 巻 (2008) 1 号 p. 117-128
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    脳活動時系列データに関するこれまでのフラクタル解析においては,相関積分計算に基づく相関次元 (correlation dimension)が広く用いられてきた.これとは別に本研究では,時系列データが作る変動量グラフ自身のなすパターンのフラクタル次元 (graph dimension)を求める時系列フラクタル解析に注目し,Higuchiによる時間粗視化の方法を用いて,MEGデータの時空間特性の評価有効性について検討する.時系列フラクタル解析については,これまで EEGデータへの事例はあるが,MEGデータへの適用は見当たらず,MEGデータの時系列フラクタル次元についての解析が望まれる.具体的には,心理検査による安定傾向被験者と不安定傾向被験者のMEGデータに対して時系列フラクタル解析を実施し,フラクタル次元評価と心理検査結果との対応を調べることにより,心的な安定度と情緒刺激下での脳機能反応との関係性について定量的な評価を試みた.
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報告
書評
用語解説
学生部会ΔNGLE
一般論文
原著論文
  • 高橋 聡, 泉 隆
    20 巻 (2008) 1 号 p. 134-140
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    旅行時間情報は,道路利用者へのサービスであるだけでなく空いている道路へ車両を誘導し渋滞解消につながるなど交通の円滑化の点でも重要な情報の一つである.我々は,既存の道路インフラである超音波感知器から得られる車高値データを用いた車両マッチングによる旅行時間計測手法の検討を行っている.しかし,道路上には外形の類似した車両が多く存在するため 1台対1台のマッチングは難しい.そこで前後数台の車両を含めた車列を対象としたマッチング手法を提案する.すなわち,計測区間中における追い越し等車両順序の入れ替わりや交差点における車両の流入といった交通行動に対して交叉処理や突然変異処理といった GAの各オペレーションを対応させた車列マッチング処理を構成した.本論文では,GAの車列評価において車両の入替・流出・流入の度合い表現にレーベンシュタイン距離(文字列の編集距離)の概念を応用した新しい車列評価手法を考案した.実車両データを用いた実験から実用的にも十分な精度が得られたので報告する.
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  • 小西 秀吾, 野中 秀俊, 栗原 正仁
    20 巻 (2008) 1 号 p. 141-149
    公開日: 2008/05/20
    ジャーナル フリー
    外界の刺激に対する心理的感情を表現する形容詞を感性語と呼ぶ.このとき思い浮かべる感性語は,人それぞれ個性によって異なる.本研究では,感性語の想起過程をモデル化することにより,感性語と配色との対応における個性を数値化する手法を提案する.またユーザが提示する感性語から,そのユーザに相応しい配色を提案するシステムの開発を行う.そして最後に実際にユーザの個性の抽出を試み,システムの有用性を検証する.
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