Medical Imaging Technology
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31 巻, 3 号
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特集／GPUの基礎と医用画像への応用
  • 特集／GPUの基礎と医用画像への応用－序　文－
    伊藤 聡志
    2013 年 31 巻 3 号 p. 145-146
    発行日: 2013年
    公開日: 2013/07/27
    DOIhttps://doi.org/10.11409/mit.31.145
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  • GPUアクセラレータとその研究動向
    伊野 文彦, 萩原 兼一
    2013 年 31 巻 3 号 p. 147-152
    発行日: 2013年
    公開日: 2013/07/27
    DOIhttps://doi.org/10.11409/mit.31.147
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    GPU（graphics processing unit）とは，コンピュータグラフィクスを加速するための演算器である．本稿では，GPUを汎用アクセラレータとして応用したい初学者を対象として，その仕組み，プログラミング技術および研究動向について解説する．GPUプログラムの記述方法として，少ない労力で記述できるOpenACCによる高級な方法，および労力は多いが性能を最大化できるCUDA（compute unified device architecture）による低級な方法を紹介する．また，両者の性能およびプログラマビリティに関する比較を示し，これらの制限についてまとめる．
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  • ITKのためのGPGPUプログラミング支援環境
    秋山 亮太, 徐 睿, 平野 靖, 木戸 尚治
    2013 年 31 巻 3 号 p. 153-158
    発行日: 2013年
    公開日: 2013/07/27
    DOIhttps://doi.org/10.11409/mit.31.153
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    本稿では，医用画像処理ライブラリであるITK（Insight Segmenta tion and Registration Toolkit）を利用したプログラムを簡便にGPGPU（general-purpose computing on graphics processing units）によって並列化するための開発支援環境について述べる．近年，CT撮影装置の進歩により1症例あたりの情報量が増大している．得られたCT像に含まれる情報を用いてコンピュータ支援診断（computer-aided diagnosis, CAD）を行うためには膨大な計算コストが必要となり，計算の高速化が必須となる．筆者らは，これまでにITKに対してGPUによる並列計算を適用することによって，任意の画像処理の高速化を簡便に行うための手法を提案した．本稿では，提案手法の原理，使用方法および適用例を紹介する．
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  • GPUベースのIntegral Videographyを用いたリアルタイム医用3Dイメージング
    Junchen WANG, Hongen LIAO
    2013 年 31 巻 3 号 p. 159-166
    発行日: 2013年
    公開日: 2013/07/27
    DOIhttps://doi.org/10.11409/mit.31.159
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    二次元画像誘導手術ナビゲーションにおける奥行き知覚の欠如は，手術操作上の誤りを誘発しやすい．Integral photography（IP）とそれを動画化したintegral videography（IV）は両眼視差と運動視差をもつ真の三次元画像表示技術である．コンピュータによるIVレンダリングはCG技術を用い，オリジナルなIVプロセスをシミュレートし，3Dモデルまたはボリュームデータを対象とする3Dイメージング技術であり，通常のレンダリングよりも多くの計算量を必要とし，CPUのみでリアルタイムイメージングを達成することはできない．本稿では，まず4D light fieldの観点からIPの本質を議論する．次に，GPUを用い開発したリアルタイム3Dイメージング方法について紹介し， GPUベースのIVレンダリングのためのハイブリッドフレームワークを提案する．最後に，医用3Dイメージング性能評価実験を行った結果，GPUの実装はCPUに比べ，少なくとも97倍，最大で400倍の速さであることを示す．
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  • GPUを用いた三次元 MRI圧縮センシング再構成の高速化
    伊藤 聡志, 斉藤 文彦, 荒井 博俊, 山田 芳文
    2013 年 31 巻 3 号 p. 167-175
    発行日: 2013年
    公開日: 2013/07/27
    DOIhttps://doi.org/10.11409/mit.31.167
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    少数の観測信号から画像復元を行う圧縮センシングを MRIの撮像に応用する場合に，三次元撮像は信号の収集軌道をランダムに選択できる次元を二次元に設定できるため，二次元撮像に比べて圧縮率を高めることが期待できる．本研究では，スパース性を導入する関数に我々が提案する三次元 FREBAS変換を使用し，これを MRI三次元撮像の圧縮センシングに応用した．再生像の品質を二次元画像と比較した結果，信号収集率を同条件とした場合に三次元撮像の方が良質な画像が再生されることを確認した．また，圧縮センシングによる三次元の画像再生は膨大な計算コストを必要とすることから，GPUを利用した再構成処理の並列化を行い，画像再生の高速化を試みた．実験の結果，256×256×64画素の画像を 53秒で行うことができ，CPU計算の 807秒に比べて大幅な高速化を達成することができた．
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研究論文
  • 患者に特化した肝臓情報とその脈管分布可視化および対話かつ直感的な手術支援システムの構築
    健山 智子, 海堀 昌樹, 進藤 典, Amir Hossein FORUZAN, 林 正倫, 宮脇 康介, 津田 匠, 松井 康輔, 權 ...
    2013 年 31 巻 3 号 p. 176-188
    発行日: 2013年
    公開日: 2013/07/27
    DOIhttps://doi.org/10.11409/mit.31.176
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    電子付録
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    肝臓は個人においてもその大きさ，形状および脈管分布においてバリエーションが広く，手術対象患者の肝臓に対応した手術支援は重要な課題である．本論文では手術対象となる特定患者の腹部 CT画像を用いてその患者に特化した肝臓情報を用いて擬似手術環境を再現することができる手術支援システムを構築する．提案するシステムは大きく 3つのプロセス，（1）画像処理技術による肝臓領域分割とその内部脈管分布の半自動抽出，（2）コンピュータビジョン技術による対象患者の肝臓三次元可視化による擬似手術環境構築，（3）構築された擬似手術環境上で仮想メス操作による対話的かつ直感的な切離ラインの再現によって開発する．本研究で構築したシステムの有効性を確認するため，臨床外科医が実際の症例にもとづいて本システム上で対話的に仮想肝臓内を侵襲しながら切離ラインを設定するシミュレーションを行った．本システム上で操作を行った臨床医に対しシミュレーション評価を客観評価および主観評価を行ったところ，事前の手術支援として有効なシステムであると評価を得た．
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  • 胸郭運動を考慮した横隔膜の運動モデル
    大倉 孝之, 伊藤 広貴, 越塚 誠一, 野元 昭弘, 芳賀 昭弘, 中川 恵一
    2013 年 31 巻 3 号 p. 189-197
    発行日: 2013年
    公開日: 2013/07/27
    DOIhttps://doi.org/10.11409/mit.31.189
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    肝呼吸性移動を伴う臓器のがんの動きを物理シミュレーションにより予測することができれば，がん周辺の正常細胞への被曝量を低減した放射線治療が可能となる．肺底部に位置し，胸郭と並んで呼吸運動の主要な要因のひとつである横隔膜は，呼吸運動による肺変形に大きな影響を与えており，その時系列的な運動予測は重要である．そこで解剖学的知見に基づいた横隔膜の運動モデルを提案する．横隔膜運動は胸郭運動と密接に関連するので，胸郭運動との相互作用を考慮した横隔膜の運動モデルとした．また，この運動モデルを用い，3DCT（三次元CT）画像に基づいて生成した横隔膜・胸郭の形状データを使って，シミュレーションを行った．本提案モデルの妥当性確認として，シミュレーション結果と3DCT画像との比較を行い，横隔膜の運動が再現できていることを示した．
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講　座
研究室訪問
報　告
日本医用画像工学会
編集後記
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