消化管内視鏡画像解析による客観的指標の構築と診断支援システムへの応用

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24591026
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 吉田 成人 広島大学, 大学病院, 病院助教 (00335689)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 玉木 徹 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10333494) ; 小出 哲士 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 准教授 (30243596)
• Keywords: 消化管腫瘍 / コンピュータ画像解析 / コンピュータ支援診断 / 画像強調観察 / 拡大内視鏡観察 / 国際研究者交流

Research Abstract

本研究は、消化管腫瘍の内視鏡画像をコンピュータによって解析を行い、病理組織診断との間に関連の強い定量的な数値をリアルタイムで医師に提示することを目的としている。大腸腫瘍に関しての検討ではNarrow Band Imaging (NBI)拡大内視鏡観察画像に対し開発中の画像認識コアシステムのハードウェア実装に関する検討を行った。リアルタイムFull HDの高解像度画像の処理にはFPGA実装による高速化と特徴量抽出のトレードオフの検討が必要である。ハードウェア向け特徴量抽出アルゴリズムを開発するとともに次元数について検討を行い、シミュレーションによりその有効性を評価した結果、64次元アルゴリズムが最も高い精度が得られる事を明らかになった。本結果は18th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information Technologies (SASIMI 2013)において報告しOutstanding Paper Award（優秀論文賞）を授与された。胃癌においては新たに開発されたBlue LASER Imaging(BLI)を用いて定量化を行った。Blue LASER Imaging(BLI)拡大内視鏡画像による検討では胃癌部と非癌周囲部、微小発赤部との間に有意差を認めた。本結果はAmerican Society for Gastrointestinal Endoscopy (ASGE) 2014 (DDW2014)で報告を行う予定である。また、J Clin Gastroenterol 2013年版に投稿を行い掲載予定である。平成26年度は現在の研究体制を継続し、海外の大学とも国際共同研究による画像認識コアシステムに関する研究を行う予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

大腸腫瘍NBI拡大内視鏡画像の定量化においてはbag-of-features枠組みのもとに行う画像認識コアシステムのハードウェア実装に関する検討を行った。リアルタイムFull HDの高解像度画像の処理にはFPGA実装による高速化と特徴量抽出に関して検討を行う必要があり、ハードウェア向け特徴量抽出アルゴリズムを開発するとともに次元数について検討を行った。シミュレーションによりその有効性を評価し、64次元アルゴリズムが最も高い精度が得られる事を明らかにした。胃癌BLI拡大内視鏡画像の定量化に関して胃癌部と非癌周囲部、微小発赤部との間に有意差を認めた。

Strategy for Future Research Activity

病理組織診断を反映して、非腫瘍部に比較して腫瘍部が高値になるようなコンピュータ診断に適した画像診断基準を設定し、画像データベースの作成を行う。構築した画像データーベースに対し画像認識コアシステムを用いて、高品質な「辞書」の作成を行い、最適な定量的な数値が提示できるようにする。また、画像認識コアシステムに関しては国際共同研究を行いさらに高精度な定量化が行えるよう改良を行う。これらの結果を基にハードウェア化による高速化を行い、リアルタイムで内視鏡画像の定量的評価を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成25年度はこれまでの自動領域抽出アルゴリズムに関する研究成果を元にハードウェア化を行いリアルタイム画像認識システム構築を行う予定であった。しかしより高性能なリアルタイム画像認識システムの実現に関する新たな知見が得られたことより、平成25年度での新たに構築を行わずさらに十分成果が出た段階でそれに合わせたシステムの構築を行う事とした。そのため平成25年度はこれまで構築したシステムによる運用で研究の継続を行った事より、次年度使用額が生じた。
画像データーベースの作成のため、画像記録装置（ハードディスクドライブ）を購入する。リアルタイム画像認識システムの構築のためコンピュータの購入を行う。分担研究者との打ち合わせや機器使用に関する打ち合わせなどに研究打ち合わせ旅費を使用する。研究代表者および研究分担者が国内会議に年2回、国際会議に年1回程度は研究発表を行う予定である。また、学術論文も1報以上発表する予定である。

Research Products

• [Journal Article] A Computer System To Be Used With Laser-Based Endoscopy For Quantitative Diagnosis of Early Gastric Cancer (2014)
  • Author(s): Miyaki R, Yoshida S, Tanaka S, Kominami Y, Sanomura Y, Matsuo T, Oka S, Raytchev B, Tamaki T, Koide T, Kaneda K, Yoshihara M, Chayama K.
  • Journal Title: J Clin Gastroenterol Volume: in press Pages: in press
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A computer-based system for quantitative diagnosis of early gastric cancer under blue laser imaging-magnifying endoscopy (2014)
  • Author(s): Yoshida S, Miyaki R, Kominami Y, Sanomura Y, Matsuo T, Oka S, Tanaka S, Raytchev B, Tamaki T, Kaneda K, Mishima T, Shigemi S, Hoang A, Koide T, Chayama K.
  • Organizer: American Society for Gastrointestinal Endoscopy (ASGE) 2014 (DDW)
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 20140503-20140506
• [Presentation] Development of Feature Extraction Architecture for Computer-Aided Diagnosis System for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification (2013)
  • Author(s): Mishima T, Shigemi S, Hoang A, Koide T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Kominami Y, Miyaki R, Matsuo T, Yoshida S, Tanaka S.
  • Organizer: The 15th IEEE Hiroshima Student Symposium (HISS)
  • Place of Presentation: tottori
  • Year and Date: 20131116-20131117
• [Presentation] Development of Type Identification Architecture for Computer-Aided Diagnosis System for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification (2013)
  • Author(s): Shigemi S, Mishima T, Hoang A, Koide T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Kominami Y, Miyaki R, Matsuo T, Yoshida S, Tanaka S.
  • Organizer: The 15th IEEE Hiroshima Student Symposium (HISS)
  • Place of Presentation: tottori
  • Year and Date: 20131116-20131117
• [Presentation] 大腸NBI拡大内視鏡画像診断支援のためのリアルタイムタイプ識別アーキテクチャ (2013)
  • Author(s): 重見悟, 三島 翼, Anh-Tuan Hoang, 小出哲士, 玉木 徹, Bisser Raytchev, 金田和文, 小南陽子, 宮木理恵, 松尾泰治, 吉田成人, 田中信治.
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピュータシステム研究会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 20131108-20131108
• [Presentation] 大腸NBI拡大内視鏡画像診断支援のためのリアルタイム特微量抽出アーキテクチャ (2013)
  • Author(s): 三島翼, 重見 悟, Anh-Tuan Hoang, 小出哲士, 玉木 徹, Bisser Raytchev, 金田和文, 小南陽子, 宮木理恵, 松尾泰治, 吉田成人, 田中信治.
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピュータシステム研究会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 20131108-20131108
• [Presentation] 大腸NBI内視鏡画像の領域分割 (2013)
  • Author(s): 平川翼, 玉木 徹, Bisser Raytchev, 金田和文, 小出哲士, 小南陽子, 宮木理恵, 松尾泰治, 吉田成人, 田中信治.
  • Organizer: 電子情報通信学会 医用画像研究会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 20131107-20131108
• [Presentation] Customizable Hardware Architecture of Support Vector Machine in CAD System for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification (2013)
  • Author(s): Shigemi S, Mishima T, Hoang A, Koide T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Kominami Y, Miyaki R, Matsuo T, Yoshida S, Tanaka S.
  • Organizer: The 18th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies(SASIMI2013)
  • Place of Presentation: Sapporo
  • Year and Date: 20131021-20131022
• [Presentation] High Speed Approximation Feature Extraction in CAD System for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification (2013)
  • Author(s): Mishima T, Shigemi S, Hoang A, Koide T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Kominami Y, Miyaki R, Matsuo T, Yoshida S, Tanaka S.
  • Organizer: The 18th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies(SASIMI2013)
  • Place of Presentation: Sapporo
  • Year and Date: 20131021-20131022
• [Presentation] 大腸NBI拡大内視鏡画像診断支援のためのタイプ識別器の開発 (2013)
  • Author(s): 重見悟, 三島 翼, Anh-Tuan Hoang, 小出哲士, 玉木 徹, Bisser Raytchev, 金田和文, 小南陽子, 宮木理恵, 松尾泰治, 吉田成人, 田中信治.
  • Organizer: 平成25年度（第64回）電気・情報関連学会中国支部連合大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 20131018-20131018
• [Presentation] 大腸NBI拡大内視鏡画像診断支援のための特微量抽出部の開発 (2013)
  • Author(s): 三島翼, 重見 悟, Anh-Tuan Hoang, 小出哲士, 玉木 徹, Bisser Raytchev, 金田和文, 小南陽子, 宮木理恵, 松尾泰治, 吉田成人, 田中信治.
  • Organizer: 平成25年度（第64回）電気・情報関連学会中国支部連合大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 20131018-20131018
• [Presentation] 胃Blue LASER Imaging(BLI)拡大内視鏡画像コンピュータ解析による良悪性鑑別の試み (2013)
  • Author(s): 宮木理恵, 吉田成人, 田中信治, 小南陽子, 佐野村洋次, 松尾泰治, 岡志郎, Bisser Raytchev, 玉木徹, 小出哲士, 金田和文, 茶山一彰.
  • Organizer: 第86回日本消化器内視鏡学会総会 (JDDW2013)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20131009-20131012
• [Presentation] ラベルなし領域を利用する転移学習手法の開発 (2013)
  • Author(s): 園山昌司, 玉木徹, Bisser Raytchev, 金田和文, 小出哲士, 小南陽子, 宮木理恵, 松尾泰治, 吉田成人, 田中信治.
  • Organizer: 第13回ビジュアル情報処理研究合宿(VIP)2013
  • Place of Presentation: 埼玉
  • Year and Date: 20130921-20130923
• [Presentation] SMOOTHING POSTERIOR PROBABILITIES WITH A PARTICLE FILTER OF DIRICHLET DISTRIBUTION FOR STABILIZING COLORECTAL NBI ENDOSCOPY RECOGNITION (2013)
  • Author(s): Hirakawa T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Koide T, Kominami Y, Miyaki R, Matsuo T, Yoshida S, Tanaka S.
  • Organizer: 2013 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2013)
  • Place of Presentation: Melbourne, Australia
  • Year and Date: 20130915-20130918
• [Presentation] Labeling colorectal NBI zoom-videoendoscope image sequences with MRF and SVM (2013)
  • Author(s): Hirakawa T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Koide T, Yoshida S, Kominami Y, Matsuo T, Kawase R, Tanaka S.
  • Organizer: 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2013)
  • Place of Presentation: Osaka
  • Year and Date: 20130703-20130707
• [Presentation] A Simple and Effective Hardware Oriented Feature Extraction Algorithm for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification (2013)
  • Author(s): Mishima T, Shigemi S, Hoang A, Koide T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Kominami Y, Miyaki R, Matsuo T, Yoshida S, Tanaka S.
  • Organizer: The 28th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC) 2013
  • Place of Presentation: Yeosu, South Korea
  • Year and Date: 20130630-20130703
• [Presentation] An FPGA Implementation of Support Vector Machine Identifier for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification (2013)
  • Author(s): Shigemi S, Sakashita Y, Mishima T, Hoang A, Koide T, Tamaki T, Raytchev B, Kaneda K, Kominami Y, Miyaki R, Matsuo T, Yoshida S, Tanaka S.
  • Organizer: The 28th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC) 2013
  • Place of Presentation: Yeosu, South Korea
  • Year and Date: 20130630-20130703
• [Presentation] Quantitative analysis of NBI magnifying colonoscopy images based on Bag-of-Features for diagnosis of colorectal tumors (2013)
  • Author(s): Kominami Y, Yoshida S, Tanaka S, Miyaki R, Sanomura Y, Matsuo T, Kanao H, Oka S, Hirakawa T, Mishima T, Shigemi S, Bisser R, Tamaki T, Koide T, Kaneda K, Chayama K.
  • Organizer: American Society for Gastrointestinal Endoscopy (ASGE) 2013 (DDW)
  • Place of Presentation: Orlando, USA
  • Year and Date: 20130518-20130521
• [Presentation] Usefulness of magnifying endoscopy with Blue LASER Imaging for diagnosis of early gastric cancer (2013)
  • Author(s): Miyaki R, Yoshida S, Tanaka S, Kominami Y, Sanomura Y, Matsuo T, Oka S, Hirakawa T, Bisser R, Tamaki T, Mishima T, Shigemi S, KoideT, Kaneda K, Yoshihara M, Chayama K.
  • Organizer: American Society for Gastrointestinal Endoscopy (ASGE) 2013 (DDW)
  • Place of Presentation: Orlando, USA
  • Year and Date: 20130518-20130521
• [Presentation] 早期胃癌における Blue LASER Imaging(BLI) を用いた拡大内視鏡観察に関する検討 (2013)
  • Author(s): 宮木理恵, 吉田成人, 田中信治, 小南陽子, 佐野村洋次, 松尾泰治, 岡志郎, Bisser Raytchev, 玉木徹, 小出哲士, 金田和文, 茶山一彰.
  • Organizer: 第85回日本消化器内視鏡学会総会
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 20130510-20130512
• [Remarks] 吉田成人ホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/yoshida7/
• [Remarks] 広島大学 消化器･代謝内科学 消化管研究室 ホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/gitract/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 内視鏡画像診断支援システム (2014)
  • Inventor(s): 小出哲士,吉田成人,玉木徹,他
  • Industrial Property Rights Holder: 小出哲士,吉田成人,玉木徹,他
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2014-22425
  • Filing Date: 2014-02-07