Yokohama National University, Faculty of Engineering
(Bio Microsystem lab)

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Artificial Intelligence research

 

Bhas42細胞形質転換試験におけるフォーカス判定用CNNモデルの汎用性向上
研究目的
 Bhas42細胞形質転換試験法(Bhas42 CTA)は、発がんプロモーション活性を評価可能な唯一の国際認定試験法である。しかし、Bhas42 CTAでは細胞形質転換により形成されるフォーカスを顕微鏡下にて判定する必要があり、実験者に十分な習熟度と長時間の作業が求められる。そこで本研究室では、Bhas42 CTAのフォーカス自動判定のための畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルの作成に取り組んできた。既報では、陽性対照化合物である12-O-Tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA)により形成されるフォーカスを学習したCNNモデル(TPAモデル)では高精度な判定が可能であったが、他の被験物質では判定能が低下した。 そこで本研究では、Lithocholic acid (LCA)のフォーカス画像を学習用データに追加したTPA/LCAモデルを作成することでCNNモデルの汎用性向上を目指した。また画像データセットの高解像度化とヒストグラムマッチングの導入による判定能への影響を検討した。
研究内容

 TPA/LCAモデルにて評価用データセットのポジティブ・ネガティブ判定を行ったところ、TPA画像の判定能を維持しながら、LCA画像の判定能(正解率、AUC値)が有意に改善された。 また、フォーカス画像の解像度がCNNモデルの判定能へ及ぼす影響を確認するため、低解像度1600×1200 px及び高解像度2880×2048 pxの顕微鏡でフォーカス画像を取得し学習・判定させたところ、学習と判定に用いる解像度の組み合わせが異なる場合には、判定能は大きく低下することが示された。この課題を解決するため、画像データセットを参照画像のピクセル値のヒストグラムに統一する「ヒストグラムマッチング」を導入した。ヒストグラムマッチングの導入により、画像の解像度に関わらず0.80以上の正解率・AUC値を示すCNNモデルを作成することができた。


図1 三つのアプローチによるフォーカス判定用CNNモデルの改良

[参考資料]
 

 

 

 

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● Lab on a chip
● Microbe
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