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深層学習は関連タスクを学べるか:関連タスク学習能力の獲得とバイオ画像への応用

Research Project

Project/Area Number 22KJ2396
Project/Area Number (Other) 21J21810 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 61010:Perceptual information processing-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

西村 和也  九州大学, システム情報科学府, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
KeywordsLabel-efficient learning / 深層学習 / バイオメディカル / バイオ画像認識 / 弱教師学習 / 画像認識 / 機械学習 / 少数データ / Weakly supervised / Bioimage analysis / Machine learning / Image recognition
Outline of Research at the Start

深層学習技術により,細胞が一細胞単位で追跡,認識が可能となりつつある.しかし,深層学習に基づいた手法には,認識したい目標のタスク毎,撮影環境毎に十分な学習データが必要である.細胞は様々な撮影条件(顕微鏡種,細胞種,スケールなど)で撮影されるため,条件毎に学習データを作成するのは難しい.そこで,本研究ではバイオ分野に存在する人がアノテーションを付与しなくても簡易に取得可能なラベル(細胞種のラベル,時系列の撮影順序,診断ラベルなど)を用いて,深層学習の学習に必要な学習データの作成コストの削減を目指す.深層学習の学習コストの削減によりバイオ画像認識の応用を促進することが期待できる.

Outline of Annual Research Achievements

バイオ分野に存在する簡易に取得可能なラベルを用いた画像認識を目標として研究に取組んでいる。 この研究目的は、AIによるバイオ画像解析において実応用の障壁となる,AIモデルの学習に大量の教師データが必要という問題を解決するためのものであり、画像認識技術の実応用促進に寄与する研究である。
当該年度は、研究成果が医療画像解析のトップ会議であるMICCAIにおいて主著で採択された。さらに、バイオ分野に留まらず応用研究として医療分野に研究のフレームワークを拡張し、以下の2点の研究課題を進行中である。具体的な研究の内容を以下に記す。(1) 診断ラベルを用いた内視鏡画像認識:内視鏡画像診断では、画像診断時に患者単位の診断ラベル(患者から得られる画像の集合に対する診断結果)が記録される。この診断ラベルを活用した自動診断手法の開発に取り組んだ。具体的には、画像集合を入力として診断ラベルを推定するモデルを構築し、画像診断と同様に診断ラベルの推定が可能な深層学習モデルを提案した(MICCAI 2024 投稿中)。(2) 画像からの遺伝子発現の推定:細胞や組織の遺伝子発現観測技術の発展により、空間解像度を持った遺伝子発現データが病理画像と共に観測可能となりつつある。遺伝子発現データによりがんの発生過程の解明や遺伝子と細胞形態の関係性の解明に期待が持てる。しかし、この遺伝子発現データの撮影コストが高い。そこで、病理画像から遺伝子発現を推定することによる解析コストの削減に取り組む。具体的には、遺伝子発現データのデータの特性に着目し、観測データがポアソン分布に従うことを踏まえ、分布を推定可能な生成モデルによる遺伝子発現推定手法を検討している。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Mitosis Detection from?Partial Annotation by Dataset Generation via Frame-Order Flipping2023

    • Author(s)
      Nishimura Kazuya、Katanaya Ami、Chuma Shinichiro、Bise Ryoma
    • Journal Title

      Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention: MICCAI 2023

      Volume: 14227 Pages: 483-492

    • DOI

      10.1007/978-3-031-43993-3_47

    • ISBN
      9783031439926, 9783031439933
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multi-Frame Attention with Feature-Level Warping for Drone Crowd Tracking2023

    • Author(s)
      Asanomi Takanori、Nishimura Kazuya、Bise Ryoma
    • Journal Title

      2023 IEEE/CVF Winter Conference on Applications of Computer Vision (WACV)

      Volume: - Pages: 1664-1673

    • DOI

      10.1109/wacv56688.2023.00171

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Weakly Supervised Cell-Instance Segmentation with Two Types of Weak Labels by Single Instance Pasting2023

    • Author(s)
      Nishimura Kazuya、Bise Ryoma
    • Journal Title

      IEEE/CVF Winter Conference on Applications of Computer Vision (WACV)

      Volume: NA Pages: 3185-3194

    • DOI

      10.1109/wacv56688.2023.00320

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effective Pseudo-Labeling based on Heatmap for Unsupervised Domain Adaptation in Cell Detection2022

    • Author(s)
      H. Cho, K. Nishimura, K. Watanabe, and R. Bise
    • Journal Title

      Medical Image Analysis

      Volume: 79 Pages: 102436-102449

    • DOI

      10.1016/j.media.2022.102436

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unsupervised Deep Non-rigid Alignment by Low-Rank Loss and Multi-input Attention2022

    • Author(s)
      Asanomi Takanori、Nishimura Kazuya、Song Heon、Hayashida Junya、Sekiguchi Hiroyuki、Yagi Takayuki、Sato Imari、Bise Ryoma
    • Journal Title

      Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention

      Volume: - Pages: 185-195

    • DOI

      10.1007/978-3-031-16446-0_18

    • ISBN
      9783031164453, 9783031164460
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Consistent Cell Tracking in Multi-frames with Spatio-Temporal Context by Object-Level Warping Loss2022

    • Author(s)
      Hayashida Junya、Nishimura Kazuya、Bise Ryoma
    • Journal Title

      IEEE/CVF Winter Conference on Applications of Computer Vision (WACV)

      Volume: 1 Pages: 1727-1736

    • DOI

      10.1109/wacv51458.2022.00182

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Weakly supervised cell instance segmentation under various conditions2021

    • Author(s)
      Nishimura Kazuya、Wang Chenyang、Watanabe Kazuhide、Fei Elmer Ker Dai、Bise Ryoma
    • Journal Title

      Medical Image Analysis

      Volume: 73 Pages: 102182-102182

    • DOI

      10.1016/j.media.2021.102182

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cell Detection from Imperfect Annotation by Pseudo Label Selection Using P-classification2021

    • Author(s)
      Fujii Kazuma、Suehiro Daiki、Nishimura Kazuya、Bise Ryoma
    • Journal Title

      International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI2021)

      Volume: 1 Pages: 425-434

    • DOI

      10.1007/978-3-030-87237-3_41

    • ISBN
      9783030872366, 9783030872373
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cell Detection in Domain Shift Problem Using Pseudo-Cell-Position Heatmap2021

    • Author(s)
      Cho Hyeonwoo、Nishimura Kazuya、Watanabe Kazuhide、Bise Ryoma
    • Journal Title

      International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI2021)

      Volume: 1 Pages: 384-394

    • DOI

      10.1007/978-3-030-87237-3_37

    • ISBN
      9783030872366, 9783030872373
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Semi-supervised Cell Detection in Time-Lapse Images Using Temporal Consistency2021

    • Author(s)
      Nishimura Kazuya、Cho Hyeonwoo、Bise Ryoma
    • Journal Title

      International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI2021)

      Volume: 1 Pages: 373-383

    • DOI

      10.1007/978-3-030-87237-3_36

    • ISBN
      9783030872366, 9783030872373
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Proportion Estimation by Masked Learning from Label Proportion2023

    • Author(s)
      Takumi Okuo
    • Organizer
      DALI: The 3rd MICCAI Workshop on Data Augmentation, Labeling, and Imperfections
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Learning from Label Proportionによる陽性腫瘍の比率推定2023

    • Author(s)
      奥尾拓己
    • Organizer
      第 26回 画像の認識・理解シンポジウム MIRU2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間順序反転を用いたデータセット作成による 部分的なアノテーションによる細胞分裂検出2023

    • Author(s)
      西村和也
    • Organizer
      第 26回 画像の認識・理解シンポジウム MIRU2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Self-Attentionによる大局的時間情報を考慮した複数物体トラッキング2022

    • Author(s)
      Takanori Asanomi, Kazuya Nishimura, Song Heon, Junya Hayashida, Hiroyuki Sekiguchi, Takayuki Yagi, Imari Sato, Ryoma Bise
    • Organizer
      第25回画像の認識・理解シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Deep Non-Rigid Registration for Noisy-and-Corrupted Images2022

    • Author(s)
      Takanori Asanomi, Kazuya Nishimura, Song Heon, Junya Hayashida (Kyushu Univ.), Hiroyuki Sekiguchi, Takayuki Yagi (Luxonus), Imari Sato (NII), Ryoma Bise
    • Organizer
      第25回画像の認識・理解シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数種の弱教師を用いたsingle instance pastingによる細胞画像セグメンテーション2022

    • Author(s)
      西村 和也, 備瀬 竜馬
    • Organizer
      第25回画像の認識・理解シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Cell Detection in Time-Lapse Images via Tracking2021

    • Author(s)
      Kazuya Nishimura, Hyeonwoo Cho, Ryoma Bise
    • Organizer
      画像の認識理解シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Domain Extension in Cell Detection by Pseudo-Cell-Position Heatmap2021

    • Author(s)
      Hyeonwoo Cho, Kazuya Nishimura, Kazuhide Watanabe, Ryoma Bise
    • Organizer
      画像の認識理解シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Cell Detection for Imperfect Annotation Problem by using Top-Ranking for Pseudo-Labeling2021

    • Author(s)
      Kazuma Fujii, Kazuya Nishimura, Kazuhide Watanabe, Ryoma Bise
    • Organizer
      画像の認識理解シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究代表者論文リスト

    • URL

      http://human.ait.kyushu-u.ac.jp/~nishimura/award.html

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      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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