2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an endoscopic image diagnostic hardware system for gastrointestinal endoscopy for real-time diagnosis support at medical examination
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26280015
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 信治 広島大学, 大学病院, 教授 (00260670)
玉木 徹 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10333494)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 計算機システム / 画像認識 / 医療応用のための画像処理 / ハードウェア・ソフトウェア協調設計 / 集積回路 / FPGA / 診断支援システムCAD / 大腸内視鏡画像 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高解像度画像（Full HD：1920×1080画素）の大腸NBI拡大内視鏡画像を、診察時にリアルタイムで患部の病理組織の状態を識別し、腫瘍を分類して、医師へ提示する診断支援CAD（Computer-Aided Diagnosis）システムのための基盤技術開発を行った。
具体的には、診察時の検査室でのリアルタイム処理を実現するために、90%以上の腫瘍・非腫瘍の識別精度を実現したままで、ソフトウェア実装方法と比較して、約1000倍程度の高速化を行うための、ハードウェア向けアルゴリズムの開発を行った。次に、開発したハードウェア向けアルゴリズムを元に、フレームレートが1～15 fps以上の処理性能を実現するために、認識処理に重要な３つの処理ユニット：特徴量抽出部、特徴量変換部、及び、タイプ識別部、に対して、パイプラインアーキテクチャを導入し、再構成可能な集積回路であるFPGA実装に適したアーキテクチャと回路実装方式を開発した。
また、リアルタイムCADシステムを用いて、広島大学病院において臨床試験を行った。その結果、全病変での全正診率は94.9%、内視鏡専門医とCADの一致率は97.5%と非常に良好な結果を得ることができた。更に5 mm以下のポリープでの全正診率は93.2%、内視鏡専門医とCADの一致率は96.6%となり、システムの有効性が示された。
最後に、これまでに蓄積している膨大な臨床データに適用することで得られる学習データを有効活用するために、開発した大腸NBI拡大内視鏡診断支援システムに適した転移学習手法を新たに開発し、内視鏡の機種依存性を軽減が可能であることを示した。
以上の結果から、内視鏡画像の定量化による客観的指標を診察時に医師に提示することが可能なリアルタイム診断支援システムの基盤技術を構築することができた。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
[AWARD] T. Okamoto, T. Koide, et al., “An FPGA Implementation of SVM for Type Identification with Colorectal Endoscopic Images,” SASIMI2016, Outstanding Paper Award, 2016/10/24
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[Presentation] A Real-Time Visual Word Feature Transformation for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification2017
Author(s)
T. Okamoto, T. Koide, A. T. Hoang, T. Shimizu, K. Sugi, H. Sakurai, T. Tamaki, T. Hirakawa, B. Raychev, K. Kaneda. S. Yoshida, H. Mieno, S. Tanaka
Organizer
International Workshop on Nanodevice Technologies 2017
Place of Presentation
Hiroshima, Japan
Year and Date
2017-03-02 – 2017-03-02
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Real-Time Type Identification based on Support Vector Machine for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification2017
Author(s)
T. Okamoto, T. Koide, A. T. Hoang, T. Shimizu, K. Sugi, H. Sakurai, T. Tamaki, T. Hirakawa, B. Raychev, K. Kaneda. S. Yoshida, H. Mieno, S. Tanaka
Organizer
International Workshop on Nanodevice Technologies 2017
Place of Presentation
Hiroshima, Japan
Year and Date
2017-03-02 – 2017-03-02
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Real-Time D-SIFT Feature Extraction for Colorectal Endoscopic Images with NBI Magnification2017
Author(s)
T. Okamoto, T. Koide, A. T. Hoang, T. Shimizu, K. Sugi, H. Sakurai, T. Tamaki, T. Hirakawa, B. Raychev, K. Kaneda. S. Yoshida, H. Mieno, S. Tanaka
Organizer
International Workshop on Nanodevice Technologies 2017
Place of Presentation
Hiroshima, Japan
Year and Date
2017-03-02 – 2017-03-02
Int'l Joint Research
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[Presentation] Discriminative subtree selection for NBI endoscopic image labeling2016
Author(s)
Tsubasa Hirakawa, Toru Tamaki, Takio Kurita, Bisser Raytchev, Kazufumi Kaneda, Chaohui Wang, Laurent Najman, Tetsushi Koide, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka
Organizer
The workshop on mathematical and computational methods in biomedical imaging and image analysis
Place of Presentation
Taipei, Taiwan
Year and Date
2016-11-24 – 2016-11-24
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Real-Time Feature Extraction Method for Colorectal Endoscopic Images toward Computer-Aided Diagnosis2016
Author(s)
Takumi Okamoto, Tetsuhi Koide, Anh-Tuan Hoang, Tatsuya Shimizu, Koki Sugi, Toru Tamaki, Tsubasa Hirakawa, Bisser Raytchev, Kazufumi Kaneda, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka
Organizer
International Symposium on Biomedical Engineering 2016
Place of Presentation
Tokyo, Japan
Year and Date
2016-11-10 – 2016-11-11
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Real-Time Feature Transformation Method for Colorectal Endoscopic Images toward Computer-Aided Diagnosis2016
Author(s)
Takumi Okamoto, Tetsuhi Koide, Anh-Tuan Hoang, Tatsuya Shimizu, Koki Sugi, Toru Tamaki, Tsubasa Hirakawa, Bisser Raytchev, Kazufumi Kaneda, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka
Organizer
International Symposium on Biomedical Engineering 2016
Place of Presentation
Tokyo, Japan
Year and Date
2016-11-10 – 2016-11-11
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Real-Time Type Identification Method for Colorectal Endoscopic Images toward Computer-Aided Diagnosis2016
Author(s)
Takumi Okamoto, Tetsuhi Koide, Anh-Tuan Hoang, Tatsuya Shimizu, Koki Sugi, Toru Tamaki, Tsubasa Hirakawa, Bisser Raytchev, Kazufumi Kaneda, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka
Organizer
International Symposium on Biomedical Engineering 2016
Place of Presentation
Tokyo, Japan
Year and Date
2016-11-10 – 2016-11-11
Int'l Joint Research
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[Presentation] An FPGA Implementation of SVM for Type Identification with Colorectal Endoscopic Images2016
Author(s)
T. Okamoto, T. Koide, A. T. Hoang, T. Shimizu, K. Sugi, T. Tamaki, B. Raytchev, K. Kaneda, S. Yoshida, H. Mieno, S. Tanaka
Organizer
The 20th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies
Place of Presentation
Kyoto, Japan
Year and Date
2016-10-24 – 2016-10-25
Int'l Joint Research
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[Presentation] ハードウェア・ソフトウェア協調設計によるSVMを用いた大腸内視鏡診断支援システム2016
Author(s)
岡本 拓巳, 小出 哲士, 清水 達也, 杉 幸樹, Anh-Tuan Hoang, 佐藤 光, 玉木 徹, Bisser Raytchev, 金田 和文, 吉田 成人, 三重野 寛, 田中 信治
Organizer
情報処理学会 DAシンポジウム2016
Place of Presentation
加賀市, 石川県
Year and Date
2016-09-14 – 2016-09-16
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[Presentation] 深層学習を用いた大腸NBI内視鏡画像認識2016
Author(s)
田中 孝二郎, Bisser Raytchev, 玉木 徹, 小出 哲士, 吉田 成人, 三重野 寛, 田中 信治
Organizer
第19回画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2016)
Place of Presentation
浜松, 静岡
Year and Date
2016-08-01 – 2016-08-04
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[Presentation] Compact and High-Speed Hardware Feature Extraction Accelerator for Dense Scale-Invariant Feature Transform2016
Author(s)
T. Koide, T. Okamoto, T. Shimizu, K. Sugi, A. T. Hoang, T. Tamaki, B. Raytchev, K. Kaneda, S. Yoshida, H. Mieno, S. Tanaka
Organizer
The 31st International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications
Place of Presentation
Okinawa, Japan
Year and Date
2016-07-10 – 2016-07-13
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Hardware Accelerator for Bag-of Features based Visual Word Transformation in Computer Aided Diagnosis for Colorectal Endoscopic Images2016
Author(s)
T. Koide, T. Okamoto, T. Shimizu, K. Sugi, A. T. Hoang, T. Tamaki, B. Raytchev, K. Kaneda, S. Yoshida, H. Mieno, S. Tanaka
Organizer
The 31st International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications
Place of Presentation
Okinawa, Japan
Year and Date
2016-07-10 – 2016-07-13
Int'l Joint Research
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