消化管内視鏡画像解析の客観的指標に基づくリアルタイム診断支援システムの開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H04157
• 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 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10333494)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 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 / リアルタイム画像処理 / 機械学習・深層学習 / 転移学習

研究実績の概要

これまでに開発している大腸NBI拡大内視鏡診断支援システムは、JNET所見分類加えて、欧米などで用いられている大腸NBI非拡大内視鏡の所見分類であるNICE分類に対しても、分類が可能であったが識別性能の改良が必要であった。そこで2022年度は各識別器の精度だけでなく、感度、特異度などのその他の定量的評価指標も90%以上の高値を提示できるように深層学習のネットワークモデルの改良と最適化を行った。
また、これまでに開発したシステムでは，JNET分類やNICE分類の病変部分以外のバックグラウンドもそれぞれのタイプによる識別されてしまう問題があったため、正常粘膜のデータ新たに追加して学習することにより、病変以外の識別を実現すると共に、全画面の中から病変を含む領域を抽出するセグメンテーション手法を開発した。
更に、広島大学病院・JR広島病院から提供されているJNET・NICE分類の所見分類が行われている、内視鏡の静止画像・動画像を用いて、病変領域を抽出し、その領域に対して、開発している識別器による病変の進行度の判定を行うことができるように識別アルゴリズムの開発を行い、大腸NBI非拡大・拡大内視鏡画像の動画像への拡張を行った。
そして、リアルタイム処理システムの実現に関しては、内視鏡画像の拡大・非拡大の動画像に対して、病変を広範囲で識別するために、動画像の処理が可能なCADシステムの実装を行った。このシステム開発には、ソフトウェアとハードウェアの協調設計が重要な鍵となるため、計算の複雑度や並列度に合わせたネットワークモデルと識別手法を開発し、Full HD 動画像に対して、広範囲の病変の識別を可能とする高速実行が可能なCADシステムを開発し、内視鏡画像診断支援システムの更なる性能向上を図った。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Classification with CNN features and SVM on Embedded DSP Core for Colorectal Magnified NBI Endoscopic Video Image (2022)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Odagawa, Takumi Okamoto, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E105-A ページ: 25-34
  • DOI: 10.1587/transfun.2021EAP1036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feasibility Study for Computer-Aided Diagnosis System with Navigation Function of Clear Region for Real-Time Endoscopic Video Image on Customizable Embedded DSP Cores (2022)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Odagawa, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Shigeto Yoshida, Hiroshi Mieno, Shinji Tanaka
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences 巻: E105-A ページ: 58-62
  • DOI: 10.1587/transfun.2021EAL2044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of multi-class computer-aided diagnostic systems using the NICE/JNET classifications for colorectal lesions (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuki Okamoto, Shigeto Yoshida, Seiji Izakura, Daisuke Katayama, Ryuichi Michida, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Yuki Kamigaichi, Hirosato Tamari, Yasutsugu Shimohara, Tomoyuki Nishimura, Katsuaki Inagaki, Hidenori Tanaka, Ken Yamashita, Kyoku Sumimoto, Shiro Oka, Shinji Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology and Hepatology 巻: 37 ページ: 104-110
  • DOI: 10.1111/jgh.15682
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 大腸NBI内視鏡におけるコンピュータ支援診断のためのFully Convolutional Networkを用いた病変部位のセグメンテーション法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 呉 泳飛, 片山 大輔, 道田 竜一, 小出 哲士, 玉木 徹, 吉田 成人, 岡本 由貴, 岡 志郎, 田中 信治
  • 学会等名: 第28回画像センシングシンポジウム(SSII2022)
• [学会発表] 深層学習を用いたNICE/JNET分類に基づく大腸内視鏡画像診断支援の一手法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 片山 大輔, 呉 泳飛, 道田 竜一, 小出 哲士, 玉木 徹, 吉田 成人, 岡本 由貴, 岡 志郎, 田中 信治
  • 学会等名: 第28回画像センシングシンポジウム(SSII2022)
• [学会発表] A U-Net Based Lesion Segmentation Method for Computer-Aided Diagnosis in Colorectal NBI Endoscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Yongfei Wu, Daisuke Katayama, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Shigeto Yoshida, Yuki Okamoto, Shiro Oka, Shinji Tanaka
  • 学会等名: The 36th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers, and Communications 2022(ITC-CSCC2022)
  • 国際学会
• [学会発表] An Endoscopic image Classifier Using Deep Learning Considering Progression of Colorectal Cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Katayama, Yongfei Wu, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Shigeto Yoshida, Yuki Okamoto, Shiro Oka, Shinji Tanaka
  • 学会等名: The 36th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers, and Communications 2022(ITC-CSCC2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Implementation of parallel AES processing with CAM-based massive-parallel SIMD matrix core (2022)
  • 著者名/発表者名: Kyosuke Kageyama, Sota Arai, Hajime Hamano, Xiangbo Kong, Takeshi Kumaki and Tetsushi Koide
  • 学会等名: World Symposium on Communication Engineering (WSCE2022)
  • 国際学会
• [学会発表] An Endoscopic lesion image Classifier Using Deep Learning Considering Progression of Colorectal Cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Katayama, Yongfei Wu, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Shigeto Yoshida, Yuki Okamoto, Shiro Oka, Shin Morimoto, Shinji Tanaka, Masayuki Odagawa, Toshihiko Sugihara
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Biomedical Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] A Lesion Segmentation Method for Computer-Aided Diagnosis System in Colorectal NBI Endoscopy Based on U-Net (2022)
  • 著者名/発表者名: Yongfei Wu, Daisuke Katayama, Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Shigeto Yoshida, Yuki Okamoto, Shiro Oka, Shin Morimoto, Shinji Tanaka, Masayuki Odagawa, Toshihiko Sugihara
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Biomedical Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] Practical Improvement to the Real-Time CAD (Computer-Aided Diagnosis) System with Navigation Function (2022)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Odagawa,Tetsushi Koide, Toru Tamaki, Shigeto Yoshida, Yuki Okamoto, Shin Morimoto, Shiro Oka, Shinji Tanaka
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Biomedical Engineering
  • 国際学会
• [図書] 内視鏡画像AI（医療AIとディープラーニングシリーズ） (2022)
  • 著者名/発表者名: 玉木徹, 小出哲士, 吉田成人
  • 総ページ数: 250
  • 出版者: コロナ社
  • ISBN: 978-4274225642
• [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研究所
  • URL: https://www.rnbs.hiroshima-u.ac.jp/
• [備考] 地域オープンイノベーション拠点選抜制度（J-Innovation HUB；Jイノベ）
  • URL: https://j-innovation.meti.go.jp/universities/hiroshima-u
• [備考] Google Scholar: Tetsushi Koide
  • URL: https://bit.ly/3uzRnPZ
• [備考] 広島大学研究者総覧
  • URL: https://seeds.office.hiroshima-u.ac.jp/profile/ja.3b0f364e58607230520e17560c007669.html