2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a cell tracking algorithm using deep learning
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20H03244
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
舟橋 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70324548)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 画像解析 / 深層学習 / 機械学習 / 細胞系譜 / 細胞追跡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は連続する2つの時刻間の細胞の全対応関係に対してコストの算出を行う Multi Hypothesis model(MH モデル)を構築した。研究協力者である近畿大学山縣研究室から提供いただいたマウス胚4次元蛍光顕微鏡画像を入力とし、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いて物体の特徴を抽出することでマウス胚(核)の形態的特徴を活用したトラッキングアルゴリズムの開発を行った。細胞核の形状取得には既に当研究室にて実装が完了している深層学習を用いた細胞同定アルゴリズムであるQCANetを用い、研究協力者である東京大学小林徹也博士に提供いただいた整数計画法によるトラッキングアルゴリズムを基盤に深層学習による拡張を行った。提供いただいた整数計画法によるトラッキングアルゴリズムはトラッキングのコストを最小化する最適化問題を解くアルゴリズムとして構成され、コストは時系列画像のフレーム間毎の各細胞同士の重心間距離が採用されている。当該年度は上記アルゴリズムを拡張し、細胞核の形状から特徴を抽出し連続する2つの時刻間の細胞の対応関係すべてに対してコストの算出を行う学習モデル(MHモデル)を構築した。MHモデルの入力は時刻tとt+1の細胞核蛍光顕微鏡画像と全ての細胞領域が区画化されたセグメンテーション画像と距離画像とした。
MHモデルのトラッキング精度は前年度構築した One Hypothesis model(OHモデル)を含む、全ての既存手法を上回ることに成功した。また、MHモデルのトラッキング実行時間はOHモデルに対して約340倍の高速化に成功した。
学術論文1報、招待講演3回にて本研究の進捗を報告した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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