消化管内視鏡画像解析による客観的指標の構築と汎用診断支援システムの開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01714
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 小出 哲士 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 准教授 (30243596)
• 研究分担者: 田中 信治 広島大学, 病院(医), 教授 (00260670) ; 玉木 徹 広島大学, 工学研究科, 准教授 (10333494)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 計算機システム / 画像認識 / 内視鏡診断支援 / 医用応用のための画像診断システム / ハード・ソフト協調設計 / 集積回路 / 機械学習・深層学習 / 転移学習

研究実績の概要

令和元年度は、昨年度に引き続き、以下の５項目について評価・検証を行い、より信頼性の高い診断支援システムのためのアルゴリズムとアーキテクチャの改良を実施した。(A)NBI拡大・非拡大内視鏡画像データ集積と臨床試験によるシステムの高精度化、(B)腫瘍NBI拡大内視鏡画像データベースの再利用を行う転移学習アルゴリズムの開発、(C)NBI非拡大内視鏡画像の定量化を行う画像診断システムの設計、(D)高精細な拡大・非拡大内視鏡画像をリアルタイム処理する診断支援アーキテクチャの開発、(E)FPGAプロトタイプシステム試作とNBI内視鏡動画像に対する臨床試験。特に、以下の4つの基盤技術を開発し、検証により改善できる見込みを得た。
(1)局所・大域特徴量を融合した特徴抽出アルゴリズムとアーキテクチャの開発を行った。非拡大画像や高精細画像では、識別領域が広範囲に及ぶため、開発しているCNN特徴抽出による広範囲の病変部位等の構造に着目した大域特徴を抽出する手法を改良し、より信頼性の高い手法を検討した。
(2)これまでに集積している内視鏡の動画像に対して、自動的に病変部をアノテーションする方法を検討し、得られた画像データを用いて学習することにより、動画像に対する識別精度の向上を目指す方式を検討した。
(3)病変以外を除去し、病変部では識別率が高値となるようにするために、深層学習と機械学習を用いたタイプ識別部に対して、これまでに提案しているピラミッド型識別の新しいバリエーションを考案し、ハードウェア実装に向いた方式を検討した。
(4)動画像の高速処理のために、新たに診察時のリアルタイム診断支援に適したインターレーススキャン方式による画像解析手法を考案し、病変部以外を処理の早い段階（階層）で検出・除外することで、処理データの削減とリアルタイム処理を実現する手法の基礎的な考察を行った。

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。

備考

広島大学 ナノデバイス・バイオ融合科学研究所 研究所年報（ARR）、広島大学 ナノデバイス・バイオ融合科学研究所 研究所ニュース、広島大学
ナノデバイス・バイオ融合科学研究所 かわら版「なのてくてく」http://www.rnbs.hiroshima-u.ac.jp/papconf.html

研究成果

• [雑誌論文] Parallel Processing of Morphological Pattern Spectrum for a Massive-Parallel Memory-Embedded SIMD Matrix Processor MX-1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kyosuke Kageyama, Tetsushi Koide, Takeshi Kumaki
  • 雑誌名: IEEJ TRANSACTIONS ON ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING, INFORMATION AND SYSTEMS 巻: 139 ページ: 237-246
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 大腸がんリアルタイム診断支援のためのJNET所見分類に基づく画像解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小出哲士，関俊剛，玉木徹，B. Raytchev，金田和文，吉田成人，三重野寛，田中信治，小田川真之，戸石浩司，菅原崇之，辻雅之，丹場展雄，杉原利彦，杉原尚樹
  • 学会等名: 2019年度生体医歯工共同利用拠点 成果報告会
• [学会発表] A Hardware Implementation of Colorectal Tumor Classification for Endoscopic Video on Customizable DSP toward Real-time Computer-Aided Diagnosis System (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Odagawa, Takumi Okamoto, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Bisser Raytchev, Kazufumi Kaneda, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka, Hiroshi Toishi, Takayuki Sugawara, Masayuki Tsuji, and Nobuo Tamba
  • 学会等名: The IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS2019)
  • 国際学会
• [学会発表] An Improvement of Real-Time Computer-Aided Diagnosis System for Colorectal Endoscopic Video (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Iwata, Masaya Ueda, Masayuki Odagawa, Guan Juangang, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Bisser Raytchev, Kazufumi Kaneda, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka, Hiroshi Toishi, Takayuki Sugawara, Masayuki Tsuji, Nobuo Tamba
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Biomedical Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] A Method to Improve Recognition Rate of Computer-Aided Diagnosis System for Colorectal Endoscopic Images (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaya Ueda, Hiroki Iwata, Masayuki Odagawa, Guan Juangang, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Bisser Raytchev, Kazufumi Kaneda, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka, Naoki Sugihara, Toshihiko Sugihara
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Biomedical Engineering
  • 国際学会
• [備考] 生体医歯工学共同研究拠点
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/ibbc/
• [備考] 広島大学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所論文刊行物
  • URL: http://www.rnbs.hiroshima-u.ac.jp/papconf.html
• [備考] 広島大学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所学会発表リスト
  • URL: http://www.rnbs.hiroshima-u.ac.jp/conference.html
• [備考] 広島大学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所受賞・新聞記事
  • URL: http://www.rnbs.hiroshima-u.ac.jp/award/
• [備考] 広島大学大学院先端物質科学研究科半導体集積科学専攻
  • URL: http://www.seis.hiroshima-u.ac.jp/