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

• 研究課題/領域番号: 17K10385
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 放射線科学
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 立花 泰彦 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 分子イメージング診断治療研究部, 主幹研究員 (20749973)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 画像診断 / 人工知能 / 深層学習 / 機械学習 / ディープラーニング / AI / 分類 / 画像処理 / 可視化 / 分類問題 / バイアス / アノテーション / 画像変換問題 / データバイアス / MRI / 脳 / ニューラルネットワーク / 分類学習 / 放射線 / 画像

研究成果の概要

応募課題に直接関係する成果として、AIによる診断(画像分類課題)において、判断の根拠を可視化する方法について独自の手法を開発し、その成果をいくつかの国内外学会や論文で公表した。そのほかに、本課題により得られた知見から医用画像に特化した画質改善AIの開発など複数の新規研究課題を立ち上げ、それらの課題の推進や成果の発表を継続している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Iの説明性を高めるために用いられる一般的な手法では画像上の位置など、画像から得られる医学的情報とは無関係な情報のみを対象とするが、提案手法では解剖学など医学的な情報を加味できるメリットが今後役立つ可能性がある。つまり、画像診断についてAIが医師に提案をするとき、医師がその提案をどのように解釈すべきか、信用できるかどうかを判断するために、より具体的な医学的根拠を利用することができる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] Dual-Energy Computed Tomography-Based Iodine Concentration Estimation for Evaluating Choroidal Malignant Melanoma Response to Treatment: Optimization and Primary Validation (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Hiroki, Tachibana Yasuhiko, Kishimoto Riwa, Omatsu Tokuhiko, Hotta Eika, Tanimoto Katsuyuki, Wakatsuki Masaru, Obata Takayuki, Tsuji Hiroshi
  • 雑誌名: Diagnostics 巻: 12 号: 11 ページ: 2692-2692
  • DOI: 10.3390/diagnostics12112692
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Super-resolution generative adversarial networks with static T2*WI-based subject-specific learning to improve spatial difference sensitivity in fMRI activation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ota J, Umehara K, Kershaw J, Kishimoto R, Hirano Y, Tachibana Y, Ohba H, Obata T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 10319-10319
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14421-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exploring cell membrane water exchange in aquaporin-4-deficient ischemic mouse brain using diffusion-weighted MRI. (2021)
  • 著者名/発表者名: Urushihata Takuya, Takuwa Hiroyuki, Manami Takahashi, Tachibana Yasuhiko, Jeffrey Kershaw, Nitta Nobuhiro, Shibata Sayaka, Masato Yasui, Higuchi Makoto, Obata Takayuki
  • 雑誌名: European radiology experimental 巻: 44 号: 1 ページ: 44-44
  • DOI: 10.1186/s41747-021-00244-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monte Carlo Simulator for Diffusion-weighted Imaging Sequences (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Tanguy Duval, Takayuki Obata
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 20 号: 2 ページ: 222-226
  • DOI: 10.2463/mrms.bc.2020-0013
  • NAID: 130008046941
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Utility of a Convolutional Neural Network for Generating a Myelin Volume Index Map from Rapid Simultaneous Relaxometry Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Jeffrey Kershaw, Misaki Nakazawa, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Kazumasa Yokoyama, Nobutaka Hattori, Shigeki Aoki, Tatsuya Higashi, Takayuki Obata
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 19 号: 4 ページ: 324-332
  • DOI: 10.2463/mrms.mp.2019-0075
  • NAID: 130007948910
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New algorithm using L1 regularization for measuring electron energy spectra (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 号: 7
  • DOI: 10.1063/1.5144897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple sclerosis lesions in motor tracts from brain to cervical cord: spatial distribution and correlation with disability (2020)
  • 著者名/発表者名: Anne Kerbrat, Charley Gros, Atef Badji, Elise Bannier, Francesca Galassi, Benoit Combes, Raphael Chouteau, Pierre Labauge, Xavier Ayrignac, Yasuhiko Tachibana, Others
  • 雑誌名: Brain 巻: 143 号: 7 ページ: 2089-2105
  • DOI: 10.1093/brain/awaa162
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A neural network model that learns differences in diagnosis strategies among radiologists has an improved area under the curve for aneurysm status classification in magnetic resonance angiography image series (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Masataka Nishimori, Naoyuki Kitamura, Kensuke Umehara, Junko Ota, Takayuki Obata, Tatsuya Higashi
  • 雑誌名: arXiv 巻: epub
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] The Utility of Applying Various Image Preprocessing Strategies to Reduce the Ambiguity in Deep Learning-based Clinical Image Diagnosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tachibana Yasuhiko、Obata Takayuki、Kershaw Jeff、Sakaki Hironao、Urushihata Takuya、Omatsu Tokuhiko、Kishimoto Riwa、Higashi Tatsuya
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 19 号: 2 ページ: 92-98
  • DOI: 10.2463/mrms.mp.2019-0021
  • NAID: 130007839525
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improving the Quality of Synthetic FLAIR Images with Deep Learning Using a Conditional Generative Adversarial Network for Pixel-by-Pixel Image Translation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hagiwara A.、Otsuka Y.、Hori M.、Tachibana Y.、Yokoyama K.、Fujita S.、Andica C.、Kamagata K.、Irie R.、Koshino S.、Maekawa T.、Chougar L.、Wada A.、Takemura M.Y.、Hattori N.、Aoki S.
  • 雑誌名: American Journal of Neuroradiology 巻: 40 号: 2 ページ: 224-230
  • DOI: 10.3174/ajnr.a5927
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The utility of a convolutional neural network for generating a myelin volume index map from rapid simultaneous relaxometry imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Jeff Kershaw, Misaki Nakazawa, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Kazumasa Yokoyama, Nobutaka Hattori, Shigeki Aoki, Tatsuya Higashi, Takayuki Obata
  • 雑誌名: arXiv 巻: arXiv:1904.10960
  • NAID: 130007948910
  • オープンアクセス
• [学会発表] MRI画像診断の実態とAI応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 立花 泰彦
  • 学会等名: 総理工情報科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線照射腫瘍モデルマウスの低酸素領域の描出におけるMRI の有用性の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 今泉 晶子, 平山 亮一, 長谷川 純崇, Ｋｅｒｓｈａｗ Ｊｅｆｆｒｅｙ, 立花 泰彦, 柴田 さやか, 新田 展大, 鵜澤 玲子, 東 達也, 小畠 隆行
  • 学会等名: 第50回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] 乳腺ダイナミック造影MRIにおける血行動態の簡易指標マッピングと汎用ソフトウェア開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 生駒 洋子, 尾松 徳彦, 岸本 理和, 立花 泰彦, 小畠 隆行
  • 学会等名: 第50回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] The usefulness of 4D convolution in deep-learning-based noise reduction for low-SNR body DWI (2022)
  • 著者名/発表者名: Tachibana Yasuhiko, Tsuchiya Hiroki, Kishimoto Riwa, Omatsu Tokuhiko, Mori Shinichiro, Obata Takayuki, Higashi Tatsuya
  • 学会等名: ISMRM annual meeting 2022
• [学会発表] 画像解析のすすめ 臨床応用・ピットフォール・気を付けるべき点 (2022)
  • 著者名/発表者名: 立花 泰彦
  • 学会等名: 第50回日本磁気共鳴医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] The usefulness of 4D convolution in deep learning-based noise reduction for low-SNR body DWI (2022)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Hiroki Tsuchiya, Riwa Kishimoto, Tokuhiko Omatsu, Shinichiro Mori, Takayuki Obata, and Tatsuya Higashi
  • 学会等名: ISMRM 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring the effect of aquaporin-4 suppression on cell membrane water exchange in a mouse model of brain ischemia using diffusion-weighted MRI (2021)
  • 著者名/発表者名: Urushihata Takuya, Takuwa Hiroyuki, Manami Takahashi, Tachibana Yasuhiko, Jeffrey Kershaw, Nitta Nobuhiro, Shibata Sayaka, Masato Yasui, Higuchi Makoto, Obata Takayuki
  • 学会等名: ISMRM 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 拡散強調MRIによる腫瘍モデルマウスの低酸素領域の検出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今泉 晶子, 小畠 隆行, Ｋｅｒｓｈａｗ Ｊｅｆｆｒｅｙ, 立花 泰彦, 柴田 さやか, 新田 展大, 長谷川 純崇, 東 達也
  • 学会等名: 第49回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] instabilityを除いた深層学習によるノイズ低減法の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayato Nozaki, Yasuhiko Tachibana, Yujiro Otsuka, Wataru Uchida, Yuya Saito, Koji Kamagata
  • 学会等名: 第49回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Deep learning-based DWI Denoising method that suppressed the "instability" problem (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayato Nozaki, Tachibana Yasuhiko, Yujiro Otsuka, Wataru Uchida, Yuya Saito, Koji Kamagata, Shigeki Aoki
  • 学会等名: ISMRM 2021
  • 招待講演
• [学会発表] Image Classification and Label Inhomogeneity (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana
  • 学会等名: ISMRM JPC 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Deep Learning in Diagnostic Radiology (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana
  • 学会等名: Summer School for Molecular Biomedical Science and Engineering, Hokkaido University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The neural network model that can consider the inhomogeneity of the judgements between different annotators: implementation for MRA diagnosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Masataka Nishimori, Naoyuki Kitamura, Kensuke Umehara, Junko Ota, Takayuki Obata, and Tatsuya Higashi
  • 学会等名: ISMRM 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Deep-Brain: A Cutting-edge Concept for Outstanding Functional Resolution in fMRI (2020)
  • 著者名/発表者名: Junko Ota, Kensuke Umehara, Yasuhiko Tachibana, Yoshiyuki Hirano, Hisateru Ohba, Takayuki Obata, Tatsuya Higashi
  • 学会等名: RSNA2020
  • 国際学会
• [学会発表] 医用画像＋ディープラーニングな臨床研究をデザインするために知っておきたいこと (2020)
  • 著者名/発表者名: 立花 泰彦
  • 学会等名: 第48回日本磁気共鳴医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Radiological application of Deep learning: what the radiologists need to know ? (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana
  • 学会等名: Neuroimaging summit 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] How to design an imaging research using deep learning? A beginner's guide (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana
  • 学会等名: NeuroImaging Summit 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Deep learning in diagnostic imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana
  • 学会等名: MRI アライアンス 第4回国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 医用画像へのディープラーニング応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 立花 泰彦
  • 学会等名: 第30回CCSEワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] A convolutional neural network-based approach for generating PET/CT image series in shorter scan time: A feasibility study (2019)
  • 著者名/発表者名: Ritu Bhusal Chhatkuli, Yasuhiko Tachibana, Takayuki Obata, Yuto Kamitaka, Ryuichi Nishii, Tatsuya Higashi
  • 学会等名: 第117回日本医学物理学会学術大会
  • 国際学会
• [学会発表] ディープラーニングを用いた課題時fMRIの高精度化に向けた初期的検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大田 淳子, 立花 泰彦, 平野 好幸, 梅原 健輔, 影山 肇, 生駒 洋子, 大場 久照, 小畠 隆行
  • 学会等名: 第47回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [学会発表] The utility of a convolutional neural network for generating a myelin volume index map from rapid simultaneous relaxometry imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Jeffrey Kershaw, Misaki Nakazawa, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Shigeki Aoki, Tatsuya Higashi, Takayuki Obata
  • 学会等名: ISMRM2019
  • 国際学会
• [学会発表] Improving the Quality of Synthetic FLAIR Images with Deep Learning Using a Conditional Generative Adversarial Network for Pixel-by-Pixel Image Translation (2019)
  • 著者名/発表者名: Akifumi Hagiwara, Yasuhiko Tachibana, Shigeki Aoki
  • 学会等名: ISMRM2019
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial distribution of multiple sclerosis lesions along the brain and spinal motor tracts and correlation with functional deficits (2019)
  • 著者名/発表者名: Anne Kerbrat, Yasuhiko Tachibana, Julien Cohen-Adad
  • 学会等名: ISMRM2019
  • 国際学会
• [学会発表] T2*WIを代替訓練データとして安静時fMRIを深層学習により高解像度化する手法の初期検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 影山 肇, 立花 泰彦, 大田 淳子, 梅原 健輔, 平野 好幸, 小畠 隆行, 近藤 啓介, 志村 一男
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] The utility of a convolutional neural network for generating a myelin volume index map from rapid simultaneous relaxometry imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Tachibana, Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Jeff Kershaw, Misaki Nakazawa, Tokuhiko Omatsu, Riwa Kishimoto, Kazumasa Yokoyama, Nobutaka Hattori, Shigeki Aoki, Tatsuya Higashi, Takayuki Obata
  • 学会等名: ISMRM2019
  • 国際学会
• [学会発表] 医用画像へのディープラーニング応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦
  • 学会等名: 第30回JAEA CCSEワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 拡散強調像とDeep Learning (2018)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦
  • 学会等名: 第46回日本磁気共鳴医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 医用画像に深層学習をどう使うか (2018)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦
  • 学会等名: 医用放射線技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] これでわかるはず、画像のためのディープラーニング入門 (2018)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦
  • 学会等名: 第1回日本医用画像人工知能研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Synthetic MRIを利用したミエリンマップ推定における畳み込みニューラルネットワークの有用性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦, 萩原彰文, 堀正明, 中澤美咲, 尾松徳彦, 岸本理和, 青木茂樹, 東達也, 小畠隆行
  • 学会等名: 第46回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Deep learning を利用した画像分類において学習精度と判断過程の可視化を両立する手法の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦、小畠隆行、漆畑拓弥、尾松徳彦、岸本利和、東達也
  • 学会等名: 第45回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] 医療画像を深層ニューラルネットワークに用いるために有用な前処置ソフトウェアの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦、小畠隆行、漆畑拓弥、生駒洋子、尾松徳彦、岸本利和、東達也
  • 学会等名: 第36回日本医用画像工学会大会
• [学会発表] Deep-Neural-Network based image diagnosis: comparing various image preprocessing (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Tachibana, T. Obata, J. Kershaw, Y. Ikoma, R. Kishimoto, T. Omatsu, T. Higashi
  • 学会等名: ISMRM 2016 2016 Annual Meeting
  • 国際学会
• [図書] 脊髄脊椎ジャーナル Vol.35 No.10 (2023)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 三輪書店
• [図書] INNERVISION 2017年9月号 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立花泰彦
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: 株式会社インナービジョン
• [産業財産権] 情報処理装置、情報処理方法、情報処理プログラム、及び、記録媒体 (2023)
  • 発明者名: 立花泰彦、橋本綾斗、岸本理和、森慎一郎
  • 権利者名: 量子科学技術研究開発機構
  • 産業財産権種類: 実用新案
  • 出願年月日: 2023
• [産業財産権] 画像診断装置、画像診断方法、画像診断プログラム、及び、記録媒体 (2022)
  • 発明者名: 立花 泰彦
  • 権利者名: 量子科学技術研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2022
• [産業財産権] ノイズ除去装置、ノイズ除去方法、機械学習装置 、機械学習方法及びプログラム (2021)
  • 発明者名: 立花 泰彦, 大塚 裕次朗, 鎌形 康司
  • 権利者名: 量子科学技術研究開発機構、順天堂大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
• [産業財産権] ノイズ除去装置、ノイズ除去方法、機械学習装置、機械学習方法及びプログラム (2021)
  • 発明者名: 立花泰彦、大塚裕次朗
  • 権利者名: 量子科学技術研究開発機構、順天堂大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021