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2018 年度 実績報告書

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
キーワード4次元画像 / 多重線型理論 / 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 / 細胞分裂検出
研究実績の概要

バイオイメージング技術の飛躍的な進展により,膨大な生物画像情報が得られるようになってきた.生物画像は3次元空間情報に加え,動的時間情報などをもち,4次元画像である.本研究は機械学習を用いた4次元医用バイオ画像解析法の開発を目的とし、以下の研究成果が得られた。
(1)多重線形理論の枠組で多次元データを一つのテンソルとして効率よく解析する枠組を提案した。線虫の4次元微分干渉顕微鏡画像に対してShape Indexを用いた胚と核の自動セグメンテーション法と楕円Fitting法による位置合わせ法を確立した. その成果は国際学術誌IJCB(2018)で発表した。また、多重線型学習法を用いた4次元微分干渉顕微鏡画像解析法を開発した。その成果は現在論文投稿準備中である。
(2)多重線型スパース符号化法を用いたdynamicCT画像(4次元多時相CT画像)から効率の良い時空間特徴を抽出法を開発し、肝腫瘍性病変の鑑別精度を高めた。その成果は国際学会PCM2018で発表した。また、その拡張版は国際学術誌PRLに掲載決定である。
(3)近年注目されている深層学習法を用いた4次元生物画像解析法について研究を行なった。2段階2.5D 畳込ニューラルネットワークを用いた4次元顕微鏡画像における細胞分裂法を提案し、既存の検出法に比べ、高い精度で検出できたことを検証した。その成果は国際学会ICNC-FSDK2018で発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

(1) 当初計画していた多重線形学習法による4次元医用生物画像解析について計画通りに進展している。それに加えて、近年注目されている深層学習法による4次元医用生物画像解析法を新たに提案・開発した。
(2) 国際学術誌に論文2編、国際学会での招待講演1件、一般講演(トップ国際学会MICCAIを含めむ)に論文3編を発表した。いずれも査読があります。
(3)新学術領域内の他のグループとの連携と共同研究が確実に進展し、連名でトップ国際学術誌と国際学会に投稿している。

今後の研究の推進方策

(1) 3次元空間情報と時間情報の効率良いの統合法の開発
(2) 多重線形理論と深層学習法の融合による4次元医用生物画像の解析枠組の確立
(3) 4次元医用生物画像(動的3次元ボリューム画像)データベースの拡充(公開)
(4) 4次元医用生物画像解析システムの開発

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [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: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.patrec.2019.01.001

    • 査読あり / 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 ページ: 128-142

    • DOI

      10.1089/cmb.2018.0165

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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)
    • 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)
    • 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)
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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