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多重線形スパースと低ランクテンソル分解法による4次元生物データの解析

公募研究

研究領域共鳴誘導で革新するバイオイメージング
研究課題/領域番号 18H04747
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関立命館大学

研究代表者

陳 延偉  立命館大学, 情報理工学部, 教授 (60236841)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード4次元顕微鏡画像 / 多重線型理論 / スペースコーディング法 / 深層学習 / 細胞分裂検出 / ダイナミックCT画像 / 肝臓腫瘍分類 / 4Dバイオイメージ / 機械学習 / 多重線形解析 / 低ランクテンソル / 4次元画像 / スパース符号化法 / 深層学習法 / 2.5D 畳込ニューラルネットワーク / 4次元生物データ / スパース / 低ランク / 細胞分裂の検出
研究実績の概要

イメージング技術の飛躍的な進展により, 高精細なバイオメディカル画像情報が得られるようになってきた. バイオメディカル画像は3次元空間情報に加え, 動的時間情報ももつ.一種の4次元画像である. また, ラベリングには専門家の知識が必要である.一般画像解析に比べ,バイオメディカル画像解析では高次元での処理や学習用サンプルが少ないなどのチャレンジ課題が多い.本研究では,従来の機会学習法を多重線型代数の枠組で拡張し,4次元バイオメディカル画像を一つのテンソルとして時空間特徴を同時に抽出する手法を開発し、4次元バイオメディカルイメージの解析を効率よくできるようになった. さらに,近年注目されている深層学習法を用いた4次元バイオメディカル画像解析法も開発し, 従来の機会学習法より高精度な解析ができるようになった.主な成果は以下に示す.
(1) 多重線形スパースコーディング法を開発し,ダイナミックCT画像(4次元CT画像)から時空間特徴の抽出法を開発し、肝臓腫瘍鑑別法を開発した.
(2) 2.5D CNNとRNNを組み合わせたモデルを開発し,4次元顕微鏡画像から時空間特徴抽出法を開発し,高精度で細胞分裂を検出することができた.
これらの成果は, 国際学術誌Pattern Recognition Letter (impact factor: 2.81), Neural Computing and Application (Impact factor:4.664), IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics (Impact factor: 2.4), 及びトップ国際学会IEEE ICASSP2019 (H5 index: 70)などで発表してきた.

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] An end-to-end CNN and LSTM network with 3D anchors for mitotic cell detection in 4D microscopic images and its parallel implementation on multiple GPUs2020

    • 著者名/発表者名
      T. Kitrungrotsakul, X.-X Han, Y. Iwamoto, S. Takemoto, H. Yokota, S. Ipponjima, T. Nemoto, X. Wei, and Y.-W. Chen,
    • 雑誌名

      Neural Computing and Applications

      巻: Vol. 32 号: 10 ページ: 5669-5679

    • DOI

      10.1007/s00521-019-04374-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Cascade of 2.5D CNN and Bidirectional CLSTM Network for Mitotic Cell Detection in 4D Microscopy Image2019

    • 著者名/発表者名
      Titinunt Kitrungrotsakul, Yutaro Iwamoto, Xian-Hau Han, Satoko Takemoto, Hideo Yokota, Sari Ipponjima, Tomomi Nemoto, Xiong Wei, Yen-Wei Chen
    • 雑誌名

      proc. IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

      巻: - 号: 2 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1109/tcbb.2019.2919015

    • 関連する報告書
      2019 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] Tensor-based Sparse Representations of Multi-phase Medical Images for Classification of Focal Liver Lesions2019

    • 著者名/発表者名
      Jian Wang, Jing Li, Xian-Hua Han, Lanfen Lin, Hongjie Hu, Yingying Xu, Qingqing Chen, Yutaro Iwamoto, Yen-Wei Chen
    • 雑誌名

      Pattern Recognition Letter

      巻: 印刷中 ページ: 207-215

    • DOI

      10.1016/j.patrec.2019.01.001

    • 関連する報告書
      2018 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] Three-Dimensional Embryonic Image Segmentation and Registration Based on Shape Index and Ellipsoid-fitting Method2019

    • 著者名/発表者名
      Sihai Yang, Xianhua Han and Yen-Wei Chen
    • 雑誌名

      International Journal of Computational Biology

      巻: 26 号: 2 ページ: 128-142

    • DOI

      10.1089/cmb.2018.0165

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Tensor-based Multilinear Subspace Learning for Multi-Dimensional Biomedical Image Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      2019 2nd International Conference on Image and Video Processing (ICIVP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tensor Sparse Coding for Multi-Dimensional Medical Image Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      2019 2nd International Conference on Digital Medicine and Image Processing (DMIP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computational Anatomy, Artificial Intelligence and Virtual Reality in Medicine and Healthcare2019

    • 著者名/発表者名
      Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      The 7th IEEE International Conference on Serious Games and Applications for Health (IEEE SeGAH 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Cascade of CNN and LSTM Network with 3D Anchors for Mitotic Cell Detection in 4D Microscopic Image2019

    • 著者名/発表者名
      Titinunt Kitrungrotsakul, Yutaro Iwamoto, Xian-Hua Han, Satoko Takemoto, Hideo Yokota, Sari Ipponjima, Tomomi Nemoto, Xiong Wei, Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      IEEE ICASSP 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tensor-Based Subspace Learning for Classification of Focal Liver Lesions in Multi-phase CT Images2019

    • 著者名/発表者名
      Jian Song, Sihang Zhu, Lanfen Lin, Hongjie Hu, Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      ICNC-FSDK 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Artificial Intelligence and Virtual Reality in Medical Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      2018 3rd International Conference on Information and Network Technologies (ICINT 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A 2.5D Cascaded Convolutional Neural Network with Temporal Information for Automatic Mitotic Cell Detection in 4D Microscopic Images2018

    • 著者名/発表者名
      Titinunt Kitrungrotsakul, Xian-Hau Han, Yutaro Iwamoto, Satoko Takemoto, Hideo Yokota, Sari Ipponjima, Tomomi Nemoto, Xiong Wei and Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Natural Computation, Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (ICNC- FSKD2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Focal Liver Lesion Classification Based on Tensor Sparse Representations of Multi-Phase CT Images2018

    • 著者名/発表者名
      Jian Wang, Xian-Hua Han, Jiande Sun, Lanfen Lin, Hongjie Hu, Yingying Xu, Qingqing Chen, and Yen-Wei Chen
    • 学会等名
      The 2018 Pacific-Rim Conference on Multimedia (PCM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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