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多次元医用画像における臓器・疾患横断型深層学習に基づく医師の暗黙知獲得と蓄積

研究課題

研究課題/領域番号 20K11827
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分60080:データベース関連
研究機関岐阜大学

研究代表者

周 向栄  岐阜大学, 工学部, 准教授 (00359738)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード医用画像処理 / 深層学習 / 計算機支援診断 / 機械学習 / machine learning / deep learning / database / CT image / anatomical structures / 医用画像 / データベース / 診断知識の獲得 / 医用画像データベース / 臓器・疾患横断型深層学習法
研究開始時の研究の概要

大規模の多次元医用画像(CT,MRI,PET)と医師の診断レポートを収集し,計算機で人体の解剖構造,機能,病変などの知識を逐次的に学習する.学習の結果(様々な画像診断知識を再現するモデル群)を計算機内で蓄積・集約・伝承する仕組みを提案し,知的画像診断支援のための知識ベース(辞書)を構築する.医師のように日々の医療活動から経験を逐次的に積み上げる計算機システムを開発する

研究成果の概要

この研究では、CT、MRI、PETなどの大量の多次元医用画像を集め、人体の解剖学的構造に基づいて、代謝機能や病変などの異なる情報を効率的に計算機上で整理・統合するための医療AIの開発に向けた大規模な医用画像データベースを構築した。また、医師の診断に含まれる知識や経験を活かすため、深層学習と辞書学習を組み合わせた手法を提案し、高度な画像診断知識を習得・蓄積・伝承する仕組みを構築した。これにより、医師の実践から得た知見を機械学習に取り入れ、様々な診断タスクに対応できるAIを実現し、より汎用的な医療AIの進化に貢献することを目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

医用画像の利用により,多くの患者の命が救われてきた.高精度の画像診断には,計算機の支援は必要不可欠である.多次元画像に含まれる膨大な情報から,必要な情報を瞬時に見つけることが重要であり,本研究が目指しているシステムは,以上の現実的な問題を解決できる唯一な方法と考える.医師の診断技術が長期的臨床経験の蓄積であり,貴重な「匠の技」である.しかし,臨床経験には,文字で表現できない暗黙知の部分が多く含まれ,他者との共有が困難かつ次の世代へ引き継げない問題がある.この問題を最終的に解決できれば,名医の「匠の技」を計算機の中に蓄積し続けることが可能となり,医学の発展への大きな波及効果が得られる.

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Simultaneous Learning of Erector Spinae Muscles for Automatic Segmentation of Site-Specific Skeletal Muscles in Body CT Images2024

    • 著者名/発表者名
      Kawamoto Masahiro、Kamiya Naoki、Zhou Xiangrong、Kato Hiroki、Hara Takeshi、Fujita Hiroshi
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 12 ページ: 15468-15476

    • DOI

      10.1109/access.2023.3335948

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 体幹部CT画像からの複数臓器・組織領域の自動抽出法の性能改善2023

    • 著者名/発表者名
      平林 顕都、周 向栄、原 武史、藤田 広志
    • 雑誌名

      医用画像情報学会雑誌

      巻: 40 号: 3 ページ: 61-64

    • DOI

      10.11318/mii.40.61

    • ISSN
      0910-1543, 1880-4977
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tooth recognition of 32 tooth types by branched single shot multibox detector and integration processing in panoramic radiographs2022

    • 著者名/発表者名
      Morishita Takumi、Muramatsu Chisako、Seino Yuta、Takahashi Ryo、Hayashi Tatsuro、Nishiyama Wataru、Zhou Xiangrong、Hara Takeshi、Katsumata Akitoshi、Fujita Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Medical Imaging

      巻: 9 号: 03 ページ: 034503-034503

    • DOI

      10.1117/1.jmi.9.3.034503

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic Segmentation of Supraspinatus Muscle via Bone-Based Localization in Torso Computed Tomography Images Using U-Net2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Wakamatsu , Naoki Kamiya , Xiangrong Zhou , Hiroki Kato , Takeshi Hara , Hiroshi Fujita
    • 雑誌名

      IEEE ACCESS

      巻: 9 ページ: 155555-155563

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A hybrid approach for mammary gland segmentation on CT images by embedding visual explanations from a deep learning classifier into a Bayesian inference2021

    • 著者名/発表者名
      Zhou Xiangrong、Yamagishi Seiya、Hara Takeshi、Fujita Hiroshi
    • 雑誌名

      SPIE Medical Imaging2021

      巻: 11597 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1117/12.2581924

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tooth recognition and classification using multi-task learning and post-processing in dental panoramic radiographs2021

    • 著者名/発表者名
      Morishita Takumi、Muramatsu Chisako、Zhou Xiangrong、Takahashi Ryo、Hayashi Tatsuro、Nishiyama Wataru、Hara Takeshi、Ariji Yoshiko、Ariji Eiichiro、Katsumata Akitoshi、Fujita Hiroshi
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 11597, Medical Imaging 2021: Computer-Aided Diagnosis,

      巻: 115971X ページ: 1-6

    • DOI

      10.1117/12.2582046

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Surface Muscle Segmentation Using 3D U-Net Based on Selective Voxel Patch Generation in Whole-Body CT Images2020

    • 著者名/発表者名
      Kamiya Naoki、Oshima Ami、Zhou Xiangrong、Kato Hiroki、Hara Takeshi、Miyoshi Toshiharu、Matsuo Masayuki、Fujita Hiroshi
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 10 号: 13 ページ: 4477-4477

    • DOI

      10.3390/app10134477

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 全身 CT 画像における 3D U-Net を用いた上下肢骨 8 領域の自動認識2020

    • 著者名/発表者名
      Wakamatsu Yuichi、Kamiya Naoki、Zhou Xiangrong、Hara Takeshi、Fujita Hiroshi
    • 雑誌名

      日本放射線技術学会雑誌

      巻: 76 号: 11 ページ: 1125-1132

    • DOI

      10.6009/jjrt.2020_JSRT_76.11.1125

    • NAID

      130007941341

    • ISSN
      0369-4305, 1881-4883
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 複数データセットを用いたCT画像からの多臓器自動抽出の継続学習に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      西村 彼方,周 向栄,原 武史,藤田 広志
    • 学会等名
      医用画像情報学会令和5年度秋季(第197回)大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 複数データセットによる CT 画像からの多臓器抽出法の性能評価 -TotalSegmentator との比較-2023

    • 著者名/発表者名
      大杉萌香, 周 向栄, 原 武史, 藤田広志
    • 学会等名
      医用画像情報学会令和 5 年度秋季(197 回)大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 訓練データの生成方法がnnU-Netを利用するCT画像における多臓器抽出法の抽出精度に与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      木村康汰,周向栄,原武志,藤田広志
    • 学会等名
      医用画像情報学会令和 5 年度秋季(197 回)大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Automated segmentation of oblique abdominal muscle based on body cavity segmentation in torso CT images using U-Net2022

    • 著者名/発表者名
      Kamiya N, Zhou X, Kato H, Hara T, Fujita H
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Imaging Technology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 深層学習に基づく3次元CT画像からの複数臓器の自動位置検出 ~ 2D-CNNとTransformerの融合 ~2022

    • 著者名/発表者名
      加納大暉 , 周 向栄 , 原 武史 , 藤田広志
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 深層ニューラルネットワークに基づく多時相CT画像の位置合わせと解剖構造の自動認識の共同学習に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      不破僚太郎 , 周 向栄 , 原 武史 , 藤田広志
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 腹部多時相CT画像の位置合わせのためのCycleGANによる3D Deep-CNNの性能改善に関する初期検討2021

    • 著者名/発表者名
      不破僚太郎 , 周 向栄 , 原 武史 , 藤田広志
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 腹部多時相CT画像の位置合わせのためのCycleGANによる3D Deep-CNNの性能改善に関する初期検討2021

    • 著者名/発表者名
      不破遼太郎、周 向栄,原 武史、藤田広志
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 胸部CT画像における結節状陰影からのAutoEncorderを用いた特徴抽出2021

    • 著者名/発表者名
      田中優多, 原 武史, 周 向栄, 松迫正樹, 野崎太希
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] Research Map

    • URL

      https://researchmap.jp/read0108329

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/read0108329

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] 研究業績(Research Map)

    • URL

      https://researchmap.jp/read0108329

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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