2020 Fiscal Year Research-status Report
AIによる臨床画像診断を目指すための複合ディープラーニングネットワークの開発研究
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17K10385
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
立花 泰彦 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 分子イメージング診断治療研究部, 主幹研究員(定常) (20749973)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
相田 典子 地方独立行政法人神奈川県立病院機構神奈川県立こども医療センター(臨床研究所), 臨床研究所, 部長 (20586292)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 機械学習 / 深層学習 / 可視化 / 分類問題 / バイアス / アノテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画に従い提案技術の開発に取り組んだ。また、得られた知見を利用し、関連研究を推進した。得られた成果は複数の原著論文や国内外学会などで発表している。
1.関連研究として、脳のSynthetic Relaxometry Imagingによりミエリン濃度指標を推定するためのニューラルネットワークを開発し、国際学会や原著論文で発表した (Magnetic resonance in Medical Science 誌)
2.関連研究として、ディープラーニングによる分類問題におけるデータバイアスを解決するための技術開発を行った。教師データを複数の医師により作成する場合、医師ごとの判断基準が完全に一致しないことによるバイアスが存在し、学習上のノイズとなる。このようなバイアスが存在することを前提としてネットワークを構築することにより、学習精度が改善することをシミュレーションおよび実データへの実装で示した。この成果は国際学会(ISMRM)で高評価を受けた(上位10%)。また, 原著論文投稿中である。
3.関連研究として、拡散強調像画像のノイズ除去において、実際にノイズを除去したいピクセル周囲の極小領域から得られる局所情報と、周囲の広い領域からの大局的な情報とを適切に組み合わせることなどによりAIに過剰な自由度を与えず、エラーを抑制する技術を開発した。国際MRI学会で発表し、原著論文を投稿準備中。
4.小児データベースを用いた研究はひきつづきデータベースの作成をおこなっているが、データ数やクオリティなどの問題により、当初よりも多くのデータが必要となった。この問題に対応するため, 研究期限を延長した。公開データを用いて開発した基礎技術は国際学会(ISMRM)で発表し、また原著論文として出版した(Magnetic resonance in Medical Science 誌)
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画を修正したが、別データを用いて基礎技術開発を行い原著論文などで成果発表を行っているため。また、本課題を契機としが関連研究も推進し、成果を発表できているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように、作成してきたデータベースのデータ数、クオリティの問題により、当初の計画を修正した。期間を延長したことによるデータベースの充実を目指し、問題の解決を図る。
一方でこの問題からは、臨床データにおける多様性や不均一さがどのような問題を起こすか、という新たな問いや知見が生まれ、分野における普遍的な問題解決を目指した派生研究の成果につながった(現在までの進捗状況の項を参照)。こうした独自の派生技術もまた、当初の計画における問題点の解決につながる可能性がある。また、派生研究自体が、 関連分野において重要なトピックになりつつあるため、並行して引き続き開発を推進し、問題の解決を目指す。
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| Causes of Carryover |
本課題は機械学習に関するものであるため、計算能力の高いGPUサーバーや、多量のデータを保存したりGPUサーバーに送るファイルサーバー、CPUを用いた計算を高速に行うためのCPUサーバーなど多数の高性能コンピューターを必要とする。これまではこのような計算機環境をはじめとして研究環境の一部を他課題と共用することにより使用予算を削減することができた。しかし、研究機関の延長もあいまって計算機システムの世代交代により旧式化が進んでいるため、これをBrush upして研究環境を維持し、開発を進める。
このほか、コロナ禍によって学術集会が軒並みオンライン化したことにより旅費が節減できた。
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[Journal Article] The Utility of a Convolutional Neural Network for Generating a Myelin Volume Index Map from Rapid Simultaneous Relaxometry Imaging.2020
Author(s)
Yasuhiko Tachibana, Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Jeffrey Kershaw, Misaki Nakazawa, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Kazumasa Yokoyama, Nobutaka Hattori, Shigeki Aoki, Tatsuya Higashi, Takayuki Obata
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Journal Title
Magnetic Resonance in Medical Sciences
Volume: 19
Pages: 324-332
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] New algorithm using L1 regularization for measuring electron energy spectra2020
Author(s)
Hironao Sakaki, Tomohiro Yamashita, Akagi, Mamiko Nishiuchi, NicholasPeter Dover, HazelFrances Lowe, Kotaro Kondo, Akira Kon, Masaki Kando, Yasuhiko Tachibana, Takayuki Obata, Keiichiro Shiokawa, Tatsuhiko Miyatake, Yukinobu Watanabe
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 91
Pages: epub
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Multiple sclerosis lesions in motor tracts from brain to cervical cord: spatial distribution and correlation with disability2020
Author(s)
Anne Kerbrat, Charley Gros, Atef Badji, Elise Bannier, Francesca Galassi, Benoit Combes, Raphael Chouteau, Pierre Labauge, Xavier Ayrignac, Yasuhiko Tachibana, Others
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Journal Title
Brain
Volume: 143
Pages: epub
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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