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ニューラル非定常系列モデルの構築と医用データ応用

研究課題

研究課題/領域番号 21J13083
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
研究機関九州大学

研究代表者

原田 翔太  九州大学, システム情報科学研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード医用時系列データ / 画像系列分類 / 半教師付きドメイン適応 / 機械学習 / ニューラルネットワーク
研究開始時の研究の概要

本研究では,非定常性を持つ時系列データのモデリングに適した新たなモデル(ニューラル非定常系列モデル)を提案する.具体的には,(A)ニューラル非定常系列モデルの提案,(B)医用時系列データの諸問題への応用,(C)その他の時系列データの諸問題への応用の3段階で研究を展開していく.(A)では,時系列データの潜在状態の遷移を捉えモデル自身の状態も遷移させる新たなニューラルネットを構築する.(B)では医用時系列データの識別・生成問題の実験を実施し,本手法の有効性を検証する.(C)では衛星画像による天気予報や車載カメラデータを用いた異常検知などへの応用可能性を検証する.

研究実績の概要

本研究員は当該年度,a)内視鏡画像からの潰瘍性大腸炎分類問題におけるラベルの時間連続性を活用した分類モデルの提案,b)クラスインバランスに頑健な半教師付きドメイン適応に関する研究に従事した.また,共同研究として病理画像を対象とした半教師付き学習やアクティブラーニングの研究にも携わった.研究業績としては,学術論文3編(筆頭1編,共著2編),国内発表が5件であった.主な成果は以下のとおりである.
a)ラベルの時間連続性を活用した潰瘍性大腸炎分類モデル
内視鏡画像は内視鏡を臓器の中で動かしながら連続して撮影するため画像系列として獲得される.内視鏡画像の撮影順序情報からは様々な特徴(系列内の画像間の依存関係,系列内の共通特徴など)の獲得が期待できる.本研究では,撮影順序情報から潰瘍性大腸炎分類に有用な特徴を自動的に獲得するために,Transformerに基づいた分類モデルを提案した.提案手法は内視鏡画像系列が入力され,潰瘍性大腸炎ラベルを出力する.実験結果から,画像系列として入力したことで精度が改善した.また,学習後のモデルを解析すると,画像系列内の共通特徴を抽出することが潰瘍性大腸炎分類の精度改善に有効であることが確認された.
b)クラスインバランスに頑健な半教師付きドメイン適応
半教師付きドメイン適応は,ターゲットドメインの少数サンプルのラベルを活用することで精度を大幅に改善するが,既存手法はデータセットのクラス比率が一定であることを仮定している.医用データをはじめとした実データの多くはクラスインバランスであるため,クラスインバランスに頑健な手法の提案が必要である.本研究ではクラスタリングを活用した半教師付きドメイン適応手法を提案し,クラスインバランスのあるデータセットであっても精度が改善できることを示した.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Cluster-Guided Semi-Supervised Domain Adaptation for Imbalanced Medical Image Classification2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Harada, Ryoma Bise, Kengo Araki, Akihiko Yoshizawa, Kazuhiro Terada, Mariyo Kurata, Naoki Nakajima, Hiroyuki Abe, Tetsuo Ushiku, Seiichi Uchida
    • 雑誌名

      Proceedings of 2023 IEEE 20th International Symposium on Biomedical Imaging

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatial Distribution-based Pseudo Labeling for Pathological Image Segmentation2023

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shigeyasu, Shota Harada, Kengo Araki, Akihiko Yoshizawa, Kazuhiro Terada, Ryoma Bise
    • 雑誌名

      Proceedings of 2023 IEEE 20th International Symposium on Biomedical Imaging

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cluster Entropy: Active Domain Adaptation in Pathological Image Segmentation2023

    • 著者名/発表者名
      Xiaoqiang Liu, Kengo Araki, Shota Harada, Akihiko Yoshizawa, Kazuhiro Terada, Mariyo Kurata, Naoki Nakajima, Hiroyuki Abe, Tetsuo Ushiku, Ryoma Bise
    • 雑誌名

      Proceedings of 2023 IEEE 20th International Symposium on Biomedical Imaging

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Discovery of anti-inflammatory physiological peptides that promote tissue repair by reinforcing epithelial barrier formation2021

    • 著者名/発表者名
      Oda Y., Takahashi C., Harada S., Nakamura S., Sun D., Kiso K., Urata Y., Miyachi H., Fujiyoshi Y., Honigmann A., Uchida S., Ishihama, Y. and Toyoshima, F.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 7 号: 47 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1126/sciadv.abj6895

    • NAID

      120007169950

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Soft and self constrained clustering for group-based labeling2021

    • 著者名/発表者名
      Harada Shota、Bise Ryoma、Hayashi Hideaki、Tanaka Kiyohito、Uchida Seiichi
    • 雑誌名

      Medical Image Analysis

      巻: 72 ページ: 102097-102097

    • DOI

      10.1016/j.media.2021.102097

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Order-Guided Disentangled Representation Learning for Ulcerative Colitis Classification with Limited Labels2021

    • 著者名/発表者名
      Harada Shota、Bise Ryoma、Hayashi Hideaki、Tanaka Kiyohito、Uchida Seiichi
    • 雑誌名

      International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI2021)

      巻: 1 ページ: 471-480

    • DOI

      10.1007/978-3-030-87196-3_44

    • ISBN
      9783030871956, 9783030871963
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 撮影順序情報を活用した潰瘍性大腸炎分類モデルの提案2023

    • 著者名/発表者名
      原田翔太, 備瀬竜馬, 田中聖人, 内田誠一
    • 学会等名
      コンピュータビジョンとイメージメディア研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Transformer によるデータ拡張手法の適応的選択2022

    • 著者名/発表者名
      山田敏輝, 内田誠一, 原田翔太
    • 学会等名
      電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Semi-Supervised Domain Adaptation for Class-Imbalanced Dataset2022

    • 著者名/発表者名
      Shota Harada, Ryoma Bise, Kengo Araki, Akihiko Yoshizawa, Kazuhiro Terada, Mariyo Kurata, Naoki Nakajima, Hiroyuki Abe, Tetsuo Ushiku, Seiichi Uchida
    • 学会等名
      画像の認識・理解シンポジウム (MIRU2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 病理画像セグメンテーションにおける主要領域の空間分布に基づく疑似ラベル選択法の提案2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shigeyasu, Shota Harada, Kengo Araki, Akihiko Yoshizawa, Kazuhiro Terada, Yuki Teramoto, Ryoma Bise
    • 学会等名
      画像の認識・理解シンポジウム (MIRU2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Bio-Medical Data Classification Approaches with Limited Annotation2022

    • 著者名/発表者名
      Shota Harada and Seiichi Uchida
    • 学会等名
      コンピュータビジョンとイメージメディア研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Disentangled Representation Learning with Temporal Continuity for Ulcerative Colitis Classification2021

    • 著者名/発表者名
      Shota Harada, Ryoma Bise, Hideaki Hayashi, Kiyohito Tanaka, Seiichi Uchida
    • 学会等名
      画像の認識・理解シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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