研究概要

「画像」は,私たちが最も慣れ親しんでいる情報表現形式のひとつです.現在,様々な科学分野においては,可視化デバイス開発の隆盛や対象の可視化手法の発展に伴い,多種・大量の画像データが蓄積され続けています.自然科学においても,大型の望遠鏡,最新鋭の顕微鏡,様々な先端的センサーによって得られた画像データから自然現象を解析し,新たな自然法則を導き出す研究が盛んになっています.

イメージングサイエンス研究分野では,全国の国公私立大学や研究機関,ならびに自然科学研究機構を構成する国立天文台,核融合科学研究所,基礎生物学研究所,生理学研究所および分子科学研究所の様々な分野の研究者が協力して,物理学,天文学,生物学,化学における画像取得や,画像データ解析のためのソフトウェアの開発,数理モデルの構築やシミュレーションソフトの開発,また,それらの画像の2D・3Dの可視化・動画化及び定量化に関して,様々な分野の知見を持ち寄りイメージングサイエンス研究の積極的な展開を図っています.

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とりわけ,医学・生物学分野においては,画像データが仮説の検証や病理診断などに不可欠な情報をもたらすため,その処理・解析手法の開発が研究上の重要な位置を占めるようになってきています.しかし,対象となる生物試料は,静的構造としても複雑かつ多様な形態をもち,さらにそれは時間とともに変化するなどして不定なものでもあります.しかし,これを一意に表現・記述するような手法は確立しておらず,固定的なモデルを創出することができません.それゆえ,生物・医学画像は,計算機での取り扱いが困難なもののひとつであり,従来の画像処理手法の単純な適用で解決するような課題は少数といえます.本研究分野では,生物・医学データの性質を十分に考慮し,その対応に特化した画像処理アルゴリズム(特徴抽出,画像強調,セグメンテーション,領域分割など)の開発,ならびに形状記述やモデリングのための数理理論の構築に関する研究,さらに,物体トラッキングに基づく動画像解析や,粒状物体の流速分布測定手法の開発も行っています(下図) (詳細は,MEMBERの研究内容をご覧ください).これらの研究開発を通じて,生物・医学画像データの定量化,人間の目視では検出困難な情報の顕著化さらに,複雑な情報の分かり易い可視化などを実現し,生物・医科学分野と情報学分野の境界領域に新しい学術分野を築くことを目標としています.

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研究事例1:マンモグラフィ画像の解析.マンモグラフィ画像における,乳がんの所見は,腫瘤陰影,異常石灰化,乳腺構築の乱れ等が挙げられる.しかし,コントラストが低く,複雑な背景の中にある病変領域等の検出は,目視では困難な場合が多い.この問題を解決するためには,病変領域の特異的顕著化および多様な形態情報の処理手法の確立が必須となる.本研究では,mathematical morphologyを拡張した独自の画像処理演算手法を考案し,それに基づく形態情報の抽出アルゴリズムを構築して,病変領域を自動検出し,その位置や他の組織との配置関係を明瞭に描画する手法を開発している.(a)原画像 (MIAS: MiniMammographic Databaseより取得).(b)乳腺構築の強調.(c)病変候補領域の強調.(d)病変領域の抽出.乳房辺縁領域も併せて示す.

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研究事例 2: 上皮形態の定量的解析.上皮シートなどを共焦点レーザ顕微鏡により撮影した 4D 画像から,細胞境界を抽出するソフトウェアを開発している.図は,この系によりショウジョウバエ上皮の頂端面を蛍光標識した上皮細胞群の表面を自由曲線モデルとして描画したもの.表皮細胞が織り成す凹凸の系時変化について,詳細な記述を行う事ができる.

 

また,バイオイメージング研究全般に関する共同利用,共同研究の中核拠点を形成するため,基礎生物学研究所光学解析室とともに,「画像取得」から「画像処理/解析」過程をシームレスにつなぐための連携体制が組織されています.ここでは,画像解析等の研究依頼があった場合,光学解析室において解析目的に最適なサンプル調整,画像取得を行い,その画像データに対し,イメージングサイエンス研究分野で処理/解析を行うという共同体制をとっています.さらに,画像解析手法に基づく,バイオイメージング研究の教育普及活動として,生物画像データ解析トレーニングコース等も実施しています.

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共同研究等の連絡先

  • 木森義隆 (特任助教)  [ kimori_AT_orion.ac.jp ]
  • 加藤輝 (特任助教) [ kkat_AT_orion.ac.jp ]
    (  _AT_ を@に変換してください )

新分野創成センター・イメージングサイエンス研究分野
〒 444-8787 愛知県岡崎市明大寺町東山 5-1
大学共同利用機関法人自然科学研究機構山手 3 号館 9 階

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