学ぶ! 究める! 医療AI

出版社: インナービジョン
著者:
発行日: 2020-04-21
分野: 臨床医学:一般  >  臨床医学一般
ISBN: 9784902131857
電子書籍版: 2020-04-21
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商品紹介

第三次人工知能(AI)ブームが巻き起こる中,AIは今や医療には欠かせないイノベーションとなり,実装段階に入ったと言えます。とはいえ,AIについて,十分な理解や知識があると確信できる人は今でも限られるかもしれません。
そこで今回,AIをテーマにしたインナービジョン誌の特集やシリーズから選りすぐった記事で構成する,AI入門 MOOK本を刊行します。医療AIの基礎から研究最前線までをまとめてわかりやすくおさらいできるMOOKです。本MOOKが,医療AIの今をつかみ,未来を築く一歩となることを願います。

目次

  • ■プロローグ
    Medical AI×CAD

    ■Chapter1
    押さえておきたいディープラーニングのポイント

    I AIの基礎知識
     1. 今なぜAIなのか?
      ─医療分野のAIブームの背景と今後の展望  
     2. ディープラーニングの基礎知識
      ─押さえておくべき用語と手法

    II ディープラーニングによる研究に向けて
     1. ディープラーニングで必要となるハードウエア,ソフトウエア,
       プラットフォーム,プログラミング言語  
     2. ディープラーニング研究におけるデータの種類と収集のポイント
     3. Neural Network Consoleで学ぶ,始める
     4. AI研究開発のためのハンズオンセミナーの活用
     5. NVIDIAハンズオンセミナー(Deep Learning Institute:DLI)とDIGITSの概要

    III ディープラーニング研究における学習と評価の実際
     1. データセットの作成と学習方法のノウハウ,学習後の評価方法
     2. ディープラーニング研究の臨床評価と薬機法審査の実際

    IV ディープラーニング研究・開発の国内外の動向
     1. わが国におけるメディカルAI研究開発の現状と課題
     2. 医療AIの研究開発を支えるデータ利活用環境の課題と展望
     3. 医療ビッグデータ研究センターにおけるAI 研究開発の取り組み
     4. 米国における医療分野のAI研究開発の動向
       ─Patient EngagementとImaging 3.0の視点から     
     5. 中国における医用画像分野のAI研究開発の躍進

    V ディープラーニング研究に関する法律・制度
     1. 医療分野のディープラーニング研究に必要となる法律・制度の基礎知識
     橋本 正弘(慶應義塾大学)

    ■Chapter2
    論文から見るディープラーニング研究最前線

    1. 放射線治療の患者プラン検証におけるディープラーニングの適応可能性
    2. 肝画像診断へのディープラーニングの応用
    3. 畳み込みニューラルネットワーク(DCNN)を用いた良性肺結節,原発性肺がん,
       転移性肺腫瘍の分類のためのコンピュータ支援診断(CADx)システム
    4. 深層学習(ディープラーニング)による三次元CT画像からの多臓器の自動抽出
    5. 冠動脈CT画像解析へのディープラーニングの応用
    6. GANによるディープラーニングを用いた肺結節の良悪性自動鑑別の性能向上
    7. ディープラーニングを用いたMRAにおける脳動脈瘤検出補助アルゴリズムの作成
    8. 4D FC-ResNetを用いたディープラーニングによるGd-EOB-DTPA造影MR画像における
      肝臓セグメンテーション
    9. 畳み込みニューラルネットワークによる事前の学習データセットを必要としない

      ダイナミックPET画像のノイズ低減手法【1】と
      低線量CT画像の大腰筋セグメンテーション【2】
    10. 三次元畳み込みニューラルネットワークによる大腸内視鏡病変検出支援
    11. ディープラーニングによるテクスチャ医用画像認識のための2段階転移学習
    12. ディープラーニングを用いた臨床CT画像からの筋骨格解剖の自動認識システム
    13. 顎顔面領域の画像診断へのディープラーニングの適用

    ■エピローグ
    インタビュー “ディープラーニングの父”福島邦彦氏に聞く
    AIをブームで終わらせないためにも,私たちはもっと“脳に学ぶ”必要がある

この書籍の参考文献

参考文献のリンクは、リンク先の都合等により正しく表示されない場合がありますので、あらかじめご了承下さい。

本参考文献は電子書籍掲載内容を元にしております。

プロローグ

P.6 掲載の参考文献
1) Mukherjee, S. :A. I. Versus MD., What hap-pens when diagnosis is automated? Annals of Medicine, April 3, 2017 Issue, The New Yorker, 2017. https://www.newyorker.com/magazine/2017/04/03/ai-versus-md
2) 医療AIとディープラーニングシリーズ2020-2021年版 はじめての医用画像ディープラーニング-基礎・応用・事例-. 藤田広志 監修・編, オーム社, 東京, 2020.
3) 医療AIとディープラーニングシリーズ2020-2021年版 標準 医用画像のためのディープラーニング-入門編-. 藤田広志 監修, 福岡大輔編, オーム社, 東京, 2020.
4) 医療AIとディープラーニングシリーズ 標準 医用画像のためのディープラーニング-実践編-. 藤田広志 監修, 原 武史 編, オーム社, 東京, 2019.
5) 医療AIとディープラーニングシリーズPythonによる医用画像処理入門. 藤田広志監修, 上杉正人, 平原大助, 齋藤静司 編, オーム社, 東京, 2020.
6) 医療AIとディープラーニングシリーズ2020-2021年版 放射線治療AIと外科治療AI. 藤田広志 監修, 有村秀孝, 諸岡健一 編, オーム社, 東京, 2020.
7) 総務省:令和元年版 情報通信白書:第1部特集進化するデジタル経済とその先にあるSoci-ety 5.0. https://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/r01/html/nd113220.html
8) 藤田広志:9.人工知能(AI)最新動向:AI-CADの最新動向. INNERVISION, 35(2):28-31, 2020.
9) 藤田広志:AIを用いたコンピュータ支援検出/診断システム(AI-CAD)におけるFDAの規制動向. レギュラトリーサイエンス学会誌, 9(1):37-42, 2019.
10) FDA Cleared AI Algorithms. https://www.acrdsi.org/DSI-Services/FDA-Cleared-AI-Algorithms
11) 厚生労働省:薬生機審発0523第2号(令和元年5月23日), 次世代医療機器評価指標の公表について. 別紙4:人工知能技術を利用した医用画像診断支援システムに関する評価指標. https://www.mhlw.go.jp/web/t_doc?datald=00tc4315&dataType=1&pageNo=1
12) 経済産業省:医用画像診断支援システム(人工知能技術を利用するものを含む)開発ガイドライン2019(手引き). https://www.meti.go.jp/policy/mono_info_ser-vice/healthcare/report_iryou_fukushi.html

Chapter 1 押さえておきたいディープラーニングのポイント

P.10 掲載の参考文献
1) McCulloch, W. S., Pitts, W. :A logical calcu-lus of the ideas immanent in nervous activity. Bull. Math. Biophys., 5(4)115-133, 1943.
2) マンフレート・シュピッツァーマンフレートシュピッツァー:脳回路網のなかの精神-ニューラルネットが描く地図. 村井俊哉, 山岸 洋訳, 新曜社, 東京, 2001.
3) Doizaki, R., Matsuda, T., Utsumi, A., et al. :Constructing a System which Proposes Meta-phors Corresponding to the Onomatopoeia Expressing Medical Conditions. International Journal of Affective Engineering, 15(2), 37-43, 2015.
4) 藤田広志:医用画像ディープラーニング入門. オーム社, 東京, 2019.
5) 日本眼科学会:人工知能は未来の医療をどう変えるか. http://www.nichigan.or.jp/member/rijikai/12304.jsp
6) 人工知能(AI)医療推進小委員会企画 リウマチ学へのAI導入を目指して. 第63回日本リウマチ学会総会・学術集会, 2019. http://www.jcr2019.com/contents/sy.html
7) 国立がん研究センター中央病院:がん関連遺伝子を網羅的に調べる遺伝子検査を先進医療で実施:TOP-GEARプロジェクトで構築した検査システムの保険適用を目指し検証開始. 国立がん研究センター, 2018. https://www.ncc.go.jp/jp/information/pr_release/2018/0403_2/index.html
P.14 掲載の参考文献
1) Bishop, C. :Pattern Recognition and Machine Learning. Springer-Verlag, New York, 2006.
2) LeCun, Y., Bengio, Y., Hinton, G. :Deep learning. Nature, 521, 436-444, 2015.
3) ImageNet. http://www.image-net.org/
4) Krizhevsky, A., Sutskever, I., Hinton, G. E. :ImageNet classification with deep convolu-tional neural networks. NIPS 2012.
5) TORCHVISION. MODELS. Py Touch. https://pytorch.org/docs/stable/torchvision/models.html
6) Shimonyan, K., Zisserman, A. :Very deep convolutional networks for large-scale image recognition. ICLR 2015.
P.19 掲載の参考文献
1) Zhang, K., Zuo, W., Chen, Y., et al. :Beyond a Gaussian Denoiser:Residual Learning of Deep CNN for Image Denoising. IEEE Trans. Image Process., 26(7), 3142-3455, 2017.
Clara Al:https://blogs.nvidia.co.jp/2019/04/02/Clara-ai-gtc/
Jetson:https://www.nvidia.com/ja-jp/autonomous-machines/embedded-systems/
Neural Network Consle:https://dl.sony.com/ja/
Google Colaboratory:https://colab.research.google.com/notebooks/welcome.ipynb?hl=ja
Keras:https://keras.io/ja/
Chainer:https://tutorials.chainer.org/ja/
PyTorch:https://pytorch.org
Anaconda:https://www.anaconda.com
Orange 3:https://orange.biolab.si
MATLAB:https://jp.mathworks.com/products/matlab.html
Octave:https://www.gnu.org/software/octave/
P.27 掲載の参考文献
1) Lecun, Y., Bottou, L., Bengio, Y. :Gradient-based learning applied to document recogni-tion. Proc. IEEE, 86(11), 2278-2324, 1998.
2) 日本放射線技術学会画像部会:miniJSRT_database. http://imgcom.jsrt.or.jp/minijsrtdb/
3) Ronneberger, O., Fischer, P., Brox, T. :U-Net:Convolutional Networks for Biomedi-cal Image Segmentation. arXiv:1505. 04597, 2015.
4) 医用画像ディープラーニング入門. 藤田広志監修:医療AIとディープラーニングシリーズ, オーム社, 東京, 2019.
5) 福岡大輔:標準医用画像のためのディープラーニング入門編. 藤田広志 監修:医療AIとディープラーニングシリーズ, オーム社, 東京, 2019.
6) 足立 悠:ソニー開発のNeural Network Console入門【増補改訂・クラウド対応版】. リックテレコム, 東京, 2018.
P.33 掲載の参考文献
1) NVIDIA:NVIDIA Deep Learning Institute. https://www.nvidia.com/ja-jp/deep-learning-ai/education/
2) NVIDIA:NVIDIA DLI HANDS-ON TRAIN-ING CATALOG. 2020. https://www.nvidia.com/content/dam/en-zz/Solutions/deep-learning/deep-learning-educa-tion/dli-catalog-jan-2020-1220398-r2.pdf
3) NVIDIA:NVIDIA DIGITS-Interactive Deep Learning GPU Training System. https://developer.nvidia.com/digits
4) NVIDIA:NGC. https://www.nvidia.com/ja-jp/gpu-cloud/
5) NVIDIA:Clara. https://developer.nvidia.com/clara
P.38 掲載の参考文献
1) Onishi, Y., Teramoto, A., Tsujimoto, M., et al. :Automated pulmonary nodule classification in computed tomography images using a deep convolutional neural network trained by gen-erative adversarial networks. Biomed. Res. Int., 6051939, 2019.
2) Wang, Z., Bovik, A. C., Sheikh, H. R., et al. :Image Quality Assessment:From Error Visibil-ity to Structural Similarity. IEEE Trans. Image Process., 13, 600-612, 2004.
3) 医用画像ディープラーニング入門. 藤田広志 監修, 編:医療AIとディープラーニングシリーズ, 東京, オーム社, 2019.
4) 福岡大輔:標準医用画像のためのディープラーニング入門編. 藤田広志監修:医療AIとディープラーニングシリーズ, オーム社, 東京, 2019.
5) 標準医用画像のためのディープラーニング実践編. 藤田広志 監修, 原 武史編:医療AIとディープラーニングシリーズ, オーム社, 東京, 2019.
P.42 掲載の参考文献
1) Chinzei, K., Shimizu, A., Mori, K., et al. :Regulatory Science on AI-based Medical Devices and Systems. Advanced Biomedical Engineering, 7, 118-123, 2018.
2) IMDRF SaMD Working Group:Software as a Medical Device(SaMD):Key Definitions. IMDRF, 2013. http://www.imdrf.org/docs/imdrf/final/tech-nical/imdrf-tech-131209-samd-key-defini-tions-140901.pdf
3) 医療機器開発ガイド. 菊地 眞 監修:じほう, 東京, 2016.
4) Proposed Regulatory Framework for Modi-fications to Artificial Intelligence/Machine Learning(AI/ML)-Based Software as a Medi-cal Device(SaMD)-Discussion Paper and Request for Feedback. U. S. FDA. https://www.fda.gov/media/122535/down-load
5) 人工知能分野審査WG:平成30年度次世代医療機器・再生医療等製品評価指標作成事業-人工知能分野審査WG報告書. http://dmd.nihs.go.jp/jisedai/Imaging_AI_for_public/H30_AI_report.pdf
6) 厚生労働省:次世代医療機器評価指標の公表について. 薬生機審発0523第2号, 2019. https://www.mhlw.go.jp/content/10601000/000515843.pdf
P.46 掲載の参考文献
1) He, K., Zhang, X., Ren, S., et al. :Delving Deep into Rectifiers:Surpassing Human-Level Performance on ImageNet Classification. Proc. 2015 IEEE International Conference on Computer Vision(ICCV), 1026-1034, 2015.
2) 浜本隆二:AI技術を用いた統合的ながん医療システムの開発と解決すべき問題点. 最新医学, 74, 384-391, 2019.
3) 新田隆夫:人工知能の研究開発に関する政府の取組. 通信ソサエティマガジン, 45, 6-11, 2018.
4) 山田真善, 浜本隆二, 上條憲一, 他:AIによる内視鏡画像からの病変部位の検知技術の開発. 最先端医療機器の病院への普及展望と今後の製品開発. 技術情報協会, 東京, 2018.
5) 脇田明尚, 小林和馬, 浜本隆二, 他:深層学習の放射線治療への応用. Isotope News, 758, 12-15, 2018.
6) 小林和馬, 浜本隆二:人工知能技術によって変革される放射線医学. ファルマシア, 54, 875-878, 2018.
7) Coudray, N., et al. :Classification and muta-tion prediction from non-small cell lung cancer histopathology images using deep learning. Nat. Med., 24, 1559-1567, 2018.
8) Esteva, A., et al. :Dermatologist-level clas-sification of skin cancer with deep neural net-works. Nature, 542, 115-118, 2017.
9) Long, E., et al. :An artificial intelligence plat-form for the multihospital collaborative man-agement of congenital cataracts. Nat. Biomed. Eng., 1, 1-8, 2017.
P.48 掲載の参考文献
1) World Medical Association:WMA DECLA-RATION OF TAIPEI ON ETHICAL CONSID-ERATIONS REGARDING HEALTH DATABAS-ES AND BIOBANKS. 2017. Available:https://www.wma.net/policles-post/wma-declaration-of-taipei-on-ethical-considerations-regarding-health-databases-and-biobanks/
2) SITRA:IHAN-Proof of Concept Pilots. 2018. https://www.sitra.fi/en/projects/ihan-proof-concept-pilots/
P.51 掲載の参考文献
1) De Fauw, J., Ledsam, J. R., Romera-Paredes, B., et al. :Clinically applicable deep learning for diagnosis and referral in retinal disease. Nat. Med., 24, 1342-1350, 2018.
2) Fujisawa, Y., Otomo, Y., Ogata, Y., et al. :Deep-learning-based, computer-aided classi-fier developed with a small dataset of clinical images surpasses board-certified dermatolo-gists in skin tumor diagnosis. Br. J. Dermatol., 180, 373-381, 2018.
3) 病理学会:AMED研究事業「自立性・持続性を持った病理診断支援システムを構築するための地域実証実験モデル」による成果報告. 2019. http://p-wsi.jp/press_release/プレスリリース/.
4) Phan, S., Satoh, S., Yoda, Y., et al. :Evalu-ation of deep convolutional neural networks for glaucoma detection. Jpn. J. Ophthalmol., 63(3), 276-283, 2019.
P.54 掲載の参考文献
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2) Imaging Value Chain. American College of Radiology. https://www.acr.org/Practice-Management-Quality-Informatics/Imaging-3/Imaging-Value-Chain
3) Abutaleb, Y. :$16.7 million award in cancer lawsuit. The Boston Globe, 2014. https://www.bostonglobe.com/metro/2014/06/29/overlooked-lung-cancer-results-million-verdict-against-radiologist/rbFZ4e94nleH57r46ixVSL/story.html
4) Huber, T. C., et al. :Impact of a Commercially Available Clinical Decision Support Program on Provider Ordering Habits. J. Am. Coll. Radiol., 15, 951-957, 2018.
5) Boland, G. W., et al. :Imaging Appropriate-ness and Implementation of Clinical Decision Support. J. Am. Coll. Radiol., 12, 601-603, 2015.
6) Boland, G. W., et al. :Protocol Design and Optimization. http://www.massgeneralimaging.org/rcg/wp-content/uploads/2015/11/Protocol-Design-and-Optimization.pdf
7) Learning to see:New artificial intelligence technique dramatically improves the quality of medical imaging. Massachusetts General Hos-pital, 2018. https://www.massgeneral.org/News/pressrelease.aspx?id=2229
8) Murphy, D. R., et al. :Communication break-downs and diagnostic errors:A radiology per-spective. Diagnosis(Berl), 4, 253-261, 2014.
9) O'Connor, M. :What causes variation in follow-up imaging recommendations among radiologists? Healthlmaging, 2019. https://www.healthimaging.com/topics/imaging-informatics/variation-follow-imaging-recommendations-radiologists
10) Boland, G. W., et al. :Decision Support for Radiologist Report Recommendations. J. Am. Coll. Radiol., 8, 819-823, 2011.
11) Alkasab, T. K., et al. :A Case Tracking Sys-tem with Electronic Medical Record Integra-tion to Automate Outcome Tracking for Radi-ologists. J. Digit. Imaging, 23(6), 658-665, 2010.
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P.59 掲載の参考文献
1) 中国総合研究・さくらサイエンスセンター:中国における人工知能研究開発の現状と動向. 科学技術振興機構, 東京, 2018.
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3) Xiao, E. :Baidu(百度)のディープラーニングフレームワーク「PaddlePaddle」は, 人工知能開発競争で中国にどのように貢献するか. Tech in Asia, 2017. https://thebridge.jp/2017/03/baidus-deep-learning-framework-give-china-leg-ai-race.
4) Novet, J. :Alibaba's Aliyun cloud launches DT PAI, an artificial intelligence service. VB, 2015. https://venturebeat.com/2015/08/24/alibabas-aliyun-cloud-launches-dt-pai-an-artificial-intelligence-service/
5) Das, R. :China And Israel Are Ready To Bat-tle:Who Leads the Medical Imaging Artificial Intelligence Market? Forbes, 2018. https://www.forbes.com/sites/reenitadas/2018/06/26/china-and-israel-are-ready-to-battle-who-leads-the-medical_imaging-artificial-intelligence-market/#ce9ef4259fc3
6) Liao, R. :中国Infervision, 画像によるがん検知サービスを280の病院に提供. TechCrunch Japan, 2018. https://jp.techcrunch.com/2018/12/02/2018-11-30-infervision-medical-imaging-280-hospitals/
7) 「匯医慧影」はAI医療の勝ち組か? 36Kr Japan, 2018. https://36kr.jp/15134/
8) Gibson, E., et al. :NiftyNet:A deep-learning platform for medical imaging. Comput. Meth-ods Programs Biomed., 158, 113-122, 2018.
9) HuiyiHuiying:Smart Digital File with AI. LISIT, 2018. https://mp.weixin.qq.com/s/d-kYNHA1wM4GbKRMEh8Fug
P.62 掲載の参考文献
1) 電子政府の総合窓口(e-Gov)https://elaws.e-gov.go.jp/search/elawsSearch/elaws_search/lsg0100/

Chapter 2 論文から見るディープラーニンク研究最前線

P.67 掲載の参考文献
1) LoSasso, T., Chui, C. S., Ling, C. C. :Com-prehensive quality assurance for the delivery of intensity modulated radiotherapy with a multileaf collimator used in the dynamic mode. Med. Phys., 28, 2209-2219, 2001.
2) Kurosu, K., Sumida, I., Mizuno, H., et al. :Curtailing patient-specific IMRT QA proce-dures from 2D dose error distribution. J. Radiat. Res., 57, 258-264, 2015.
3) Valdes, G., Scheuermann. R., Hung, C. Y., et al. :A mathematical framework for virtual IMRT QA using machine learning. Med. Phys., 43, 4323-4334, 2016.
P.71 掲載の参考文献
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2) Yasaka, K., Akai, H., Kunimatsu, A., et al. :Deep learning with convolutional neural net-work in radiology. Jpn. J. Radiol., 36(4), 257-272, 2018.
3) Yasaka, K., Abe, O. :Deep learning and arti-ficial intelligence in radiology; Current appli-cations and future directions. PLoS Medicine, 15(11), e1002707, 2018.
4) Yasaka, K., Akai, H., Abe, O., et al. :Deep Learning with Convolutional Neural Network for Differentiation of Liver Masses at Dynamic Contrast-enhanced CT; A Preliminary Study. Radiology, 286(3), 887-896, 2018.
5) Yasaka K, Akai, H., Kunimatsu, A., et al. :Liver Fibrosis; Deep Convolutional Neural Network for Staging by Using Gadoxetic Acid-enhanced Hepatobiliary Phase MR Images. Radiology, 287(1), 146-155, 2018.
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4) Kawagishi, M., Chen, B., Furukawa, D., et al. :A study of computer-aided diagnosis for pul-monary nodule:comparison between clas-sification accuracies using calculated image features and imaging findings annotated by radiologists. Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg., 12(5), 767-776, 2017.
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8) Nishio, M., Nishizawa, M., Sugiyama, O., et al. :Computer-aided diagnosis of lung nodule using gradient tree boosting and Bayesian optimization. PLoS ONE, 13(4), 2018:e0195875
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