[過去ﾛｸﾞ] 純粋・応用数学・数学隣接分野（含むガロア理論）20 (1002ﾚｽ)
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416: 現代数学の系譜 雑談 ◆yH25M02vWFhP 05/30(金)20:50 ID:cD0jbwjL(1/7) AAS
>>410 補足
現状のCT(木村建次郎以前)
外部ﾘﾝｸ:ja.wikipedia.org
コンピュータ断層撮影
コンピュータ断層撮影（コンピュータだんそうさつえい、英: computed tomography、略称：CT）は、放射線などを利用して物体を走査しコンピュータを用いて処理することで、物体の内部構造を画像として構成する技術、あるいはそれを行うための機器。
「断層撮影」の名前のとおり、本来は物体の（輪切りなどの）断面画像を得る技術であるが、これらの検査技術は単に断面画像として用いられるのみでなく、画像処理技術の向上によって任意断面画像再構成（MPR[注釈 1]）や曲面を平面に投影する「カーブドMPR」（または カーブド・プレーナー・リコンストラクション）、最大値投影像（MIP[注釈 2]）、サーフェスレンダリングやボリュームレンダリングなどの3次元グラフィックスとして表示されることも多くなり、画像診断技術の向上に寄与している。
単に「CT」と言う場合には、円錐状ビームを用いるコーンビームCTではなく、扇状ビームを用いるファンビームCTを指す。後述する1990年代以降に発展した多列検出器CTは、厳密に言えば頭足方向に幅を持った角錐状ビームを用いるコーンビームCTであるが、実用上はファンビームCTとして扱う。
本項では主に、被験体の外からX線の扇状ビームを、連続的に回転しながら螺旋状に[注釈 3]、もしくは回転しながら断続的に[注釈 4]照射することにより被験体の断層像を得る事を目的としたCT機器、およびそれを用いた検査について記述する。
歴史
コンピュータ誕生以前の断層撮影方式では、1930年代にイタリアの放射線科医師のアレッサンドロ・ヴァッレボーナによってトモグラフィーの原理が発明された。これはX線撮影フィルムに体を輪切り状に投影するものであった。
1953年には、弘前大学の高橋信次が「エックス線回転横断撮影装置」を開発した[1][2][3]。これは、コンピュータを用いないアナログな機械的装置によって断層を撮影するものであった。
最初の商業的なCTは、ソーンEMI（英語版）中央研究所（英語版）で英国人のゴッドフリー・ハウンズフィールドによって発明された。これは、コンピュータによる装置の制御や画像処理を行うことができるもので、1967年に考案、1972年に発表した。ハウンズフィールドの研究はマサチューセッツ州のタフツ大学のアラン・コーマックの理論を基にしており、彼らは1979年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。
電子機器会社のソーン（英語版）と合併したとはいえレコード会社に過ぎなかったEMIがハウンズフィールド率いる研究チームの開発費を賄えたのは60年代当時世界的な大ヒットを連発していたザ・ビートルズの売り上げがあればこそであり、大げさに「CTはビートルズによるもっとも偉大な遺産」といわれることがある。ただし、当然ではあるが本業からあまりにもかけ離れた事業であったため大きな赤字を生み現在はCT事業からは撤退している。
つづく
417: 現代数学の系譜 雑談 ◆yH25M02vWFhP 05/30(金)20:51 ID:cD0jbwjL(2/7) AAS
つづき
その後、1986年にヘリカルCT（ヘリカルスキャン）が開発され、1998年には4列MDCTが登場してきた。2000年代以降はCTの技術革新が進み、後述するように画像再構成アルゴリズムに逐次近似法を用いるものや、2つのエネルギーのX線を用いることで金属アーチファクトの低減を可能にしたデュアルエナジーCT、あるいはMDCTでは最大で320列のものや、検出器にフラットパネルディテクタを用いたものも登場している。
原理
→詳細は「トモグラフィー」を参照
線源の反対側に位置するX線検出装置に到達し記録される。それぞれの方向でどの程度吸収されたかを記録したのち、コンピュータで画像をフーリエ変換で再構成する[4]。
1断面を格子状に分割し、各部位の吸収率を未知数とし、その合計が実際の吸収量と等しくなるように連立方程式を立て、これを解くのである。巨大な行列演算である[4]。一般に1断面を512ピクセル四方の格子に分割する機種が多い[注釈 5]が、1,024ピクセル四方に分割し処理できる空間解像度の高い機種も存在する。
画像再構成アルゴリズム
CT画像再構成法は解析的再構成法、代数的再構成法、統計的再構成法に大別され、逆投影法は解析的再構成法に分類され、逐次近似画像再構成法は代数的再構成法と統計的再構成法に分類される[5][4]。これまでCT画像再構成法の主流はフィルタ補正逆投影法（FBP法[4][注釈 6]）であったが、近年では画像ノイズ低減効果やアーチファクト低減効果が期待される「逐次近似画像再構成法」（IR法[注釈 7]）が増えつつある[4][5]。IR法の弱点である画像再構成にかかる時間の長さを克服するために、FBP法にIR法の原理を組み込んだ、逐次近似応用再構成法も存在する。
(引用終り)
以上
418(1): 現代数学の系譜 雑談 ◆yH25M02vWFhP 05/30(金)23:32 ID:cD0jbwjL(3/7) AAS
つづく
つづき
419: 現代数学の系譜 雑談 ◆yH25M02vWFhP 05/30(金)23:34 ID:cD0jbwjL(4/7) AAS
>>418 誤爆スマン
（本番）
これ いいね
外部ﾘﾝｸ:www.nikkei.com
失われた鳥の歌を「ロボット先生」が教えて復活、最新研究
ナショナル ジオグラフィック
2025年5月30日 文=María de los Ángeles Orfila/訳=荒井ハンナ（ナショナル ジオグラフィック日本版サイトで2025年4月24日公開）
2020年から2023年にかけて、アルゼンチン、ブエノスアイレス大学精密・自然科学部の研究者たちは、野生から失われたアカエリシトドの歌を、ロボットを使って再導入するという大胆な仕事に取り組み、成功させた。この研究は2025年2月3日付で学術誌「Physica D: Nonlinear Phenomena」に掲載された。
アカエリシトドの歌は、2〜4個の導入音と、最後のふるえ音で構成されおり、わずか数秒と短い。それぞれ家族ごとに独特な歌があり、生涯同じ歌を歌う。しかし、その前にまず歌を学ぶ必要がある。本来はおとなのオスが、小さな若鳥に自分の歌のパターンを教えるのだ。
今や消滅した鳥の歌を研究者たちがどのように知り得たのかというと、1960年代に歌を書き留めた楽譜が残っていたのだ。先端技術を組み合わせた革新的なアプローチを使って、科学者たちは忘れられたメロディーを生成し、若い鳥たちに学ばせる「ロボット先生」を開発した。
すると、ブエノスアイレスにある面積約10万平方メートルの自然保護区ペレイラ・イラオラ公園に生息するアカエリシトドは、合成した歌を習得して自分のものとし、今ではそれを自慢げに歌うようになった。
「生物多様性を守るというと、つい遺伝的な問題だと考えられがちですが、文化的な問題でもあるのです」と話すのは、ブエノスアイレス大学学際・応用物理学研究所の所長を務めるガブリエル・ミンドリン氏だ。
「私たちはここで、廃れた歌を再び流行させることに成功しました。必要とあれば一つの文化全体を再導入することが可能であることが示されたのです」。ミンドリン氏は、アナ・アマドール氏とロベルト・ビステル氏とともに、この研究を発表した。
つづく
420(1): 現代数学の系譜 雑談 ◆yH25M02vWFhP 05/30(金)23:34 ID:cD0jbwjL(5/7) AAS
つづき
伝統の継承
この学びの期間は、生まれてからおよそ3カ月。最初は筋肉のコントロールがやや不正確だが、やがて高度に洗練された歌になる。
通常、1羽の個体は1曲しかレパートリーを持たないが、なかには2曲や3曲持っている個体もいる。メロディーの長さはわずか2秒で、夜明けから太陽が最も高い位置に来るまで繰り返し歌う。
「彼らの歌は指紋のように特徴的ですが、学んで習得するものです。メスを引き寄せたり、自分の縄張りを守ったりするために歌います。『僕だよ。ここにいるよ』と周囲に伝えようとしているのです」とアマドール氏は言う。
失われたメロディーをどう復活させたのか
アルゼンチン生まれの鳥類学者で、米ロックフェラー大学名誉教授のフェルナンド・ノッテボーム氏は、1960年代にペレイラ・イラオラ公園で聴いたアカエリシトドの歌を、楽譜のようにして書き留めていた。そのおかげで、現代の科学者たちは当時の鳥たちの間でどんな歌が流行していたかを知ることができた。
「歌を記録するためにノッテボーム氏は、周波数が上昇したら上向きの印、下降して低い音になったら下向きの印、最後のふるえ音は何本か組になった小さな線で表していました」とミンドリン氏は説明する。
60年代の"ヒット曲"のうち、鳥たちの間で今でも歌われているものはあるのだろうか。そんな疑問を抱いた研究チームは、ペレイラ・イラオラ公園に行って鳥の歌を録音した。そして、ニューラルネットワークを訓練して、古い歌のうちどれが今でも人気で、どれが消滅してしまったのかを検証した。
すると、今でもこの地域で歌われている"クラシック曲"は3曲だけだったことがわかった。理由としては、公園を取り巻く地域の都市化が進んだことや、ほかの種の鳥に生息地を奪われたことで、アカエリシトドの数が減った可能性が考えられる。
そこで、消滅した歌を復活させようと決めた科学者たちは、本物の歌の一つひとつについて、音の始まりと終わりの周波数や長さなどを分析し、鳴き声の物理特性に基づいて鳥の歌を合成できる数学モデルを構築した。そのために、鳥の発声器官である鳴管筋の動きまで観察して、アカエリシトドの声道をシミュレートした。
つづく
421: 現代数学の系譜 雑談 ◆yH25M02vWFhP 05/30(金)23:35 ID:cD0jbwjL(6/7) AAS
つづき
こうして作られた合成曲を、アカエリシトドの学習に重要な時期である10月から翌年の2月にかけて、ペレイラ・イラオラ公園の鳥たちに聞かせた。この時期に、若い鳥たちは音声モデルをまね、学習する。鳥たちの応答を促すため、自然な鳴き声の間隔よりもわずかに短い間隔に設定して、鳥が最も活発に鳴く早朝から最大8時間、繰り返し流した。
「再生装置を3カ所に設置して、歌と歌の間隔はランダムにしました。鳥たちが本物の歌だと思って反応するようにするためです」とビステル氏は述べた。
若鳥が習得した歌は、合成曲のパターンを受け継いでいたが、最後の下降部分が合成曲よりも幅広い周波数を持っていた。この特徴は、公園で録音されたすべての成鳥の歌に共通するもので、この群れが持つ独特な「方言」だと思われる。おそらく、ほかの本物の教師から学んだのか、または遺伝子のプログラムがそうさせたのかもしれない。
「忘れられた古代言語を救い出すのと似ています」。ミンドリン氏はそう話し、鳥であろうと人間であろうと、世代を超えた学習と伝達によって文化の特徴は再生が可能であることを強調した。
(引用終り)
以上
422(1): 現代数学の系譜 雑談 ◆yH25M02vWFhP 05/30(金)23:39 ID:cD0jbwjL(7/7) AAS
>>420 補足
>60年代の"ヒット曲"のうち、鳥たちの間で今でも歌われているものはあるのだろうか。そんな疑問を抱いた研究チームは、ペレイラ・イラオラ公園に行って鳥の歌を録音した。そして、ニューラルネットワークを訓練して、古い歌のうちどれが今でも人気で、どれが消滅してしまったのかを検証した。
>そこで、消滅した歌を復活させようと決めた科学者たちは、本物の歌の一つひとつについて、音の始まりと終わりの周波数や長さなどを分析し、鳴き声の物理特性に基づいて鳥の歌を合成できる数学モデルを構築した。
この
・”ニューラルネットワークを訓練して”
・”本物の歌の一つひとつについて、音の始まりと終わりの周波数や長さなどを分析し、鳴き声の物理特性に基づいて鳥の歌を合成できる数学モデルを構築した”
について、これ いまどきだな と思った次第です （＾＾
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ぬこの手 ぬこTOP 0.045s