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「動画中の多物体同時追跡技術」を用いた細胞社会のダイナミクスと広がりの定量的把握

公募研究

研究領域細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御
研究課題/領域番号 18H05104
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
研究機関九州大学

研究代表者

備瀬 竜馬  九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (00644270)

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
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードバイオイメージインフォマティクス / 細胞トラッキング / 画像情報学 / 深層学習 / 顕微鏡画像解析 / コンピュータビジョン
研究実績の概要

組織・臓器内のダイバーシティに富む細胞間の相互作用解析において,画像データからの定量評価が重要である.この実現のために,異なる細胞腫・顕微鏡・密度に対応できる細胞画像解析技術を開発する必要がある.深層学習を用いた手法は画像処理を用いた手法より高精度を達成しているが,条件ごとに多量の学習データを集める必要があり,ダイバーシティに富む細胞画像解析における自動定量化への弊害となっていると考えられる.そこで,細胞の中心付近の座標というより簡易なアノテーション(弱教師)を利用して細胞検出を行う深層学習を行い,ネットワークを解析して,検出に利用した領域を抽出することで,細胞領域を自動で抽出可能な細胞領域認識手法を昨年度までに提案していた.今年度は,このような弱教師学習による細胞領域認識手法の開発及び検証を進めると共に,新たに,弱教師学習による細胞追跡手法の開発を進めた.
細胞領域認識に関しては,核染色蛍光像から自動で細胞内の点を抽出することで,人手によるアノテーション全くなしで,従来手法より高精度な個々の細胞領域認識を実現した.この内容は,画像パターン認識分野における国内最大の会議MIRU2019で学生奨励賞受賞,医療画像解析のトップ国際会議MICCAI2019(採択率:30%)で採択される等,国内外で高い評価を得ている.細胞追跡に関しては,核染色蛍光像から細胞検出のための教師(弱教師)を自動生成し,この弱教師から対応付けを行うという新しい問題設定を行い,手法開発を進め,論文準備中である.これらの技術により,学習データの作成が大幅に削減され,本領域における研究に幅広く応用可能となる.
開発した技術を学際分野における研究会で積極的に報告することで,新規のバイオ研究者との共同研究につなげている.また,このような弱教師学習に着目した新しい研究課題を考え,基盤研究Bの採択につなげた.

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

    (21件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] 香港中文大学(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] MPM: Joint Representation of Motion and Position Map for Cell Tracking2020

    • 著者名/発表者名
      J. Hayashida, K. Nishimura and R. Bise
    • 雑誌名

      IEEE CVPR, 2020.(oral, to be appeared, acceptance rate:22%)

      巻: NA ページ: 1-10

    • 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] Weakly Supervised Cell Segmentation in Dense by Propagating from Detection Map2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nishimura, E.D. Ker, and R. Bise
    • 雑誌名

      MICCAI2019, (top conference in medial image analysis, acceptance rate:31%)

      巻: 1 ページ: 649-657

    • DOI

      10.1007/978-3-030-32239-7_72

    • ISBN
      9783030322380, 9783030322397
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cell Tracking with Deep Learning for Cell Detection and Motion Estimation in Low-Frame-Rate2019

    • 著者名/発表者名
      J. Hayashida, and R. Bise
    • 雑誌名

      MICCAI2019, 2019, (top conference in medial image analysis, early acceptance rate:16%)

      巻: 1 ページ: 397-405

    • DOI

      10.1007/978-3-030-32239-7_44

    • ISBN
      9783030322380, 9783030322397
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scribbles for Metric Learning2019

    • 著者名/発表者名
      D. Harada, R. Bise, H. Tokunaga, W. Ohyama, S. Oka, T. Fujimori, and S. Uchida
    • 雑誌名

      41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2019

      巻: NA ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/embc.2019.8856465

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adaptive Weighting Multi-Field-of-View CNN for Semantic Segmentation in Pathology2019

    • 著者名/発表者名
      H. Tokunaga, Y. Teramoto, A. Yoshizawa, R. Bise
    • 雑誌名

      IEEE CVPR, 2019. (Top Conference in Computer Vision, Poster, acceptance rate:25%)

      巻: NA ページ: 1-10

    • DOI

      10.1109/cvpr.2019.01288

    • 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
  • [学会発表] Label-Free Cell Detection in Phase Contrast Images Using Artificial Neural Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Dan Wang, Xu Zhang, Kazuya Nishimura, Rocky Tuan, Ryoma Bise, Dai Fei Elmer Ker
    • 学会等名
      Orthopaedic Research Society (ORS) Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 細胞社会ダイバース解析のための簡易なアノテーションを用いたトラッキング手法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      西村和也, Dai Fei Elmer Ker, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      細胞ダイバース第5回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 細胞社会ダイバース解析のための簡易なアノテーションを用いた定量化手法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      西村和也, Dai Fei Elmer Ker, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      細胞ダイバース第3回若手ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 細胞社会解析のための自動細胞トラッキング手法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      林田純弥, 西村和也, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      細胞ダイバース第5回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 弱教師学習を用いた複数細胞種における細胞領域認識2019

    • 著者名/発表者名
      西村和也, Ker Dai Fei Elmer, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      パターン認識・メディア理解研究会(PRMU),oral, 2019年5月
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 細胞の移動軌跡推定による低フレームレート動画像下における細胞トラッキング2019

    • 著者名/発表者名
      林田純弥, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      パターン認識・メディア理解研究会(PRMU),oral, 2019年5月(PRMU月間ベストプレゼンテーション賞受賞)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 細胞位置及び細胞対応付け同時学習CNNによる細胞追跡2019

    • 著者名/発表者名
      林田純弥, 西村和也, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      パターン認識・メディア理解研究会(PRMU),oral, 2019年10月
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 弱教師学習を用いた顕微鏡画像における細胞領域認識2019

    • 著者名/発表者名
      西村 和也(九大), Elmer Dai Fei Ker(香港中文大), 備瀬 竜馬(九大)
    • 学会等名
      画像の認識・理解シンポジウム MIRU2019、2018年7月31日. (Oral, MIRU学生奨励賞)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Weakly supervised Cell Segmentation2019

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Kazuya, Dai Fei Elmer Ker, Ryoma Bise
    • 学会等名
      In Joint Workshop on Machine Perception and Robotics, Japan, November 2019. (oral, contribution award)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 弱教師学習を用いた顕微鏡画像における細胞領域認識手法の提案2019

    • 著者名/発表者名
      西村和也,備瀬竜馬
    • 学会等名
      細胞ダイバース第2回若手ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 細胞位置及び挙動推定による細胞トラッキング2019

    • 著者名/発表者名
      林田純弥, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      細胞ダイバース第2回若手ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 細胞挙動推定による低フレームレート動画像下における細胞トラッキング2019

    • 著者名/発表者名
      林田純弥, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      細胞ダイバース第4回公開シンポジジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 画像情報学のバイオ分野への貢献2018

    • 著者名/発表者名
      備瀬竜馬
    • 学会等名
      データサイエンスが切り拓く生命科学・生体工学の未来
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 顕微鏡画像における細胞セグメンテーション2018

    • 著者名/発表者名
      西村和也, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      電気・情報関係学会九州支部連合大会講演論文集
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習を用いた細胞トラッキング2018

    • 著者名/発表者名
      林田純弥, 備瀬竜馬
    • 学会等名
      電気・情報関係学会九州支部連合大会講演論文集
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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