Development of a diagnostic imaging system with abnormality detection by learning "normality" and a " instructive" structure.

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K07674
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 和田 昭彦 順天堂大学, 医学部, 准教授 (90379686)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 明石 敏昭 順天堂大学, 医学部, 准教授 (40623492) ; 齋藤 尚子 順天堂大学, 医学部, 准教授 (60366341) ; 小杉 康夫 順天堂大学, 医学部, 助教 (90645235)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 機械学習 / 頭頸部癌 / 異常検出 / 画像診断 / ビッグデータ / 注意機構

Outline of Annual Research Achievements

研究2年目の今年度は、以下の項目を進行させている。
データ前処理の研究：自施設でのデータ収集と機械学習モデルの初期開発、学習データに利用できる施設外データ（public dataとして公表されているもの）を利用して効果的なデータ前処理について検討している。MRIでの数のコントラスト、連続した2次元データを3次元データとして取り扱って異常検出と高い識別精度を得る手法の模索を行っている。この分野での技術の進歩、新規技術開発の速度は速く、医用画像以外の分野からも幅広い領域で情報収集することを心がけている。
学習データの作成：頭頸部癌の画像データセット作成とともに協同研究者とともに 臨床診断・経過などのデータ収集、各症例での原病変の進展程度やリンパ節転移のAI学習データ収集、また進行度、病理診断による症例のグループ分けの適用についても検討中である。
機械学習モデルの作成：画像認識モデル の構築では、当初は頭頸部で頭尾方向に広がる構造の特徴を記憶する機構であるLong Short Term Memory の適用を予定していたが、3Dデータを直接扱う3次元畳み込みや時系列情報に特化した特徴抽出の方法などの新規情報も得て、時系列データの扱いの経験の蓄積、スキルアップを行い、本研究の進行の円滑化を目指している。
ビッグデータの使用に向けて：J-MIDからのビッグデータ収集に関しては、現実的な量のデータ収集には至っていないが、担当者との今後の進捗について打ち合わせ・技術分野の検討を続 けている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2年目の今年度は、自施設でのデータ収集と機械学習モデルの初期開発、学習データに利用できる施設外データ（public dataとして公表されているもの）を利用して効果的なデータ前処理について検討している。その他の項目は前年度の内容を継続し、ほぼ予定通り進行している。後方視的な症例検索を用いた自施設でデータ収集は目標の50%を達成している。また研究に利用できるアノテーション情報が負荷されたpublic dataの入手が可能となっており、新たにこれらの活用についても検討中である。
attention networkを組み込んだ画像認識モデルの開発は継続、さらに新規技術の導入の可能性についても模索している。J-MIDからのビッグデータ収集については、システム構築、データ前処理について共同研究者と取り組み中である。

Strategy for Future Research Activity

機械学習、画像認識の分野での技術発達、新規技術は著しく、研究計画の時点では想定していなかった技術の発表や新規に利用できるサービスが出現している。いわゆる生成AIを研究に導入して、研究速度を加速させたり、これまで検討されていなかった新たな発想を取りこむ事例が報告されている。本検討にもこれらの新たな情報、技術を導入して、研究遂行に利用して行きたいと考えている。

Causes of Carryover

J-MIDでのビッグデータ解析に伴う人件費の拠出が遅れており、翌年度請求を予定している。