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人工関節手術支援スーパーブレインシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25242051
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 医用システム
研究機関奈良先端科学技術大学院大学 (2014-2016)
大阪大学 (2013)

研究代表者

佐藤 嘉伸  奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (70243219)

研究分担者 大竹 義人  奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 准教授 (80349563)
横田 太  奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助教 (60759900)
鍵山 善之  山梨大学, 総合研究部, 助教 (30506506)
高尾 正樹  大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (30528253)
鈴木 直樹  東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (40147327)
田中 正夫  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40163571)
多田 幸生  神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (70135812)
菅野 伸彦  大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70273620)
中本 将彦  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (00380634)
連携研究者 三木 秀宣  独立行政法人国立病院機構大阪医療センター, 臨床研究センター, 医長 (10335391)
研究協力者 Zheng Guoyan  University of Bern, Associate Professor
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円)
2016年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2015年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2014年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2013年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
キーワード遠隔診断治療システム / 医用画像・バイオイメージング / 関節病学 / 機械学習 / 画像情報処理 / 生体生命情報学 / 情報システム / 人工知能 / 手術支援 / 臨床意思決定支援 / 手術計画 / コンピュータ外科 / ネットワーク医療 / 統計モデル / 統計アトラス / 医療情報システム
研究成果の概要

患者の骨格形状モデルから手術計画を自動立案するシステムを、人工股関節手術を中心として開発した。骨格と人工関節の解剖学的整合性と術後関節機能を最適化するため、外科医手術計画データベースから模範症例統計モデルを構築し、多目的最適化とベイズ推定の枠組みに基づいて最適解を得る方法を定式化した。異なる人工関節機種への対応、3次元CT画像を必要としない2次元X線画像ベースの自動計画、さらに、股関節以外の骨格への応用により本手法の汎用性を示した。臨床応用に向けて、CT画像の自動セグメンテーションと自動手術計画システムを統合し、CT画像が与えられて全自動で手術計画立案ができる可能性を示した。

報告書

(5件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2017 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ベルン大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Change in pelvic sagittal inclination from supine to standing position before hip arthroplasty2017

    • 著者名/発表者名
      Uemura K, Takao M, Otake Y, Koyama K, Yokota F, Hamada H, Sakai T, Sato Y, Sugano N
    • 雑誌名

      The Journal of Arthroplasty

      巻: A083-5403 号: 8 ページ: 30217-30222

    • DOI

      10.1016/j.arth.2017.03.015

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Shape-based acetabular cartilage segmentation: application to CT and MRI datasets2016

    • 著者名/発表者名
      Tabrizi PR, Zoroofi RA, Yokota F, Nishii T, Sato Y
    • 雑誌名

      International journal of computer assisted radiology and surgery

      巻: 11 号: 7 ページ: 1247-1265

    • DOI

      10.1007/s11548-015-1313-z

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] CT-based automated planning of acetabular cup for total hip arthroplasty (THA) based on hybrid use of two statistical atlases.2016

    • 著者名/発表者名
      Kagiyama, Y, Sato Y, Otomaru I, Takao M, Nakamoto M, Yokota F, Tomiyama N, Tada Y, Sugano N.
    • 雑誌名

      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery.

      巻: 11(12) 号: 12 ページ: 2253-2271

    • DOI

      10.1007/s11548-016-1428-x

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cup Implant Planning Based on 2D/3D Radiographic Pelvis Reconstruction-First Clinical Results2015

    • 著者名/発表者名
      Schumann, Steffen, Yoshinobu Sato, Yuki Nakanishi, Futoshi Yokota, Masaki Takao, Nobuhiko Sugano, and Guoyan Zheng
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Biomedical Engineering

      巻: 62, No.11 号: 11 ページ: 2665-2673

    • DOI

      10.1109/tbme.2015.2441378

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] STATISTICAL ESTIMATION OF ATTACHMENT OF HIP MUSCLES BASED ON MEASUREMENT IN CADAVERS2016

    • 著者名/発表者名
      Norio Fukuda, Otake Yoshito, Masaki Takao, Futoshi Yokota, Takeshi Ogawa, Keisuke Uemura, Ryota Nakaya, Kazunori Tamura, Robert Grupp, Amirhossein Farvardin, Mehran Armand, Nobuhiko Sugano, Sato Yoshinobu
    • 学会等名
      16th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2016-06-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SHAPE CORRESPONDENCE BETWEEN HEALTHY AND DISEASED SHAPES TOWARDS STATISTICAL MODELING OF PATHOLOGICAL PROGRESSION OF HIP JOINT2016

    • 著者名/発表者名
      Futoshi Yokota, Otake Yoshito, Masaki Takao, Yuta Otani, Takeshi Ogawa, Keisuke Uemura, Nobuhiko Sugano, Sato Yoshinobu
    • 学会等名
      16th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2016-06-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FULLY AUTOMATED MEASUREMENT OF THE CHANGE IN PELVIC SAGITTAL INCLINATION FROM THE SUPINE TO THE STANDING POSITION IN 373 CASES BEFORE TOTAL HIP ARTHROPLASTY2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Uemura, Otake Yoshito, Masaki Takao, Koki Koyama, Hidetoshi Hamada, Futoshi Yokota, Takashi Sakai, Sato Yoshinobu, Nobuhiko Sugano
    • 学会等名
      16th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2016-06-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ANALYSIS OF MUSCLE FIBER STRUCTURE USING CLINICAL CT: PRELIMINARY ANALYSIS USING CADAVERIC IMAGES2016

    • 著者名/発表者名
      Otake Yoshito, Futoshi Yokota, Masaki Takao, Norio Fukuda, Nobuhiko Sugano, Sato Yoshinobu
    • 学会等名
      16th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2016-06-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AN AUTOMATED METHOD FOR MEASURING FEMORAL ANTEVERSION ANGLE: TOWARDS A LARGE-SCALE POPULATION STUDY2016

    • 著者名/発表者名
      Yuji Horimoto, Otake Yoshito, Futoshi Yokota, Masaki Takao, Takeshi Ogawa, Keisuke Uemura, Nobuhiko Sugano, Sato Yoshinobu
    • 学会等名
      16th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2016-06-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AN AUTOMATED PIPELINE OF BONE SEGMENTATION AND 2D-3D REGISTRATION ON HIP RADIOGRAPHS: TOWARDS LARGE-SCALE POPULATION STUDY ON HIP JOINT BIOMECHANICS2016

    • 著者名/発表者名
      Koki Koyama, Otake Yoshito, Keisuke Uemura, Masaki Takao, Takeshi Ogawa, Yuta Hiasa, Futoshi Yokota, Nobuhiko Sugano, Sato Yoshinobu
    • 学会等名
      16th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2016-06-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] “大規模患者データベースにおける 骨盤傾斜角測定を目的とした 2D-3Dレジストレーション手法の検討”2016

    • 著者名/発表者名
      児山昂生, 大竹 義人, 上村 圭亮,日朝 祐太, 横田 太, 高尾 正樹,小川 剛, 菅野 伸彦, 佐藤 嘉伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会医用画像研究会(MI)
    • 発表場所
      ぶんかテンプス館 (沖縄県那覇市)
    • 年月日
      2016-01-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 臨床用CTから骨頭内の部位別骨密度を計測する試み~臨床用CTとμCTの比較~2015

    • 著者名/発表者名
      上村圭亮,山中大幸,横田太,大竹義人,高尾正樹,坂井孝司,西井孝,佐藤嘉伸,菅野伸彦
    • 学会等名
      第24回日本コンピュータ外科学会大会
    • 発表場所
      東京大学 (東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 階層的マルチアトラス法を用いた股関節CT画像からの筋肉領域自動抽出~最終階層に用いるアトラス選択による影響とその効果的な選択方法~2015

    • 著者名/発表者名
      横田太,Boëda Guitiera,大竹義人,高尾正樹,小川剛,菅野伸彦,岡田俊之,佐藤嘉伸
    • 学会等名
      第24回日本コンピュータ外科学会大会
    • 発表場所
      東京大学 (東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 大腿骨前捻角半自動計測法における操作者による影響低減方法の検討2015

    • 著者名/発表者名
      堀本悠司,中西裕紀,横田太,大竹義人,高尾正樹,小川剛,上村圭亮,菅野伸彦,佐藤嘉伸
    • 学会等名
      第24回日本コンピュータ外科学会大会
    • 発表場所
      東京大学 (東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] “統計解析による股関節、膝関節手術の最適化を目的とした大規模患者データベースの構築”2015

    • 著者名/発表者名
      高尾正樹, 大竹義人, 小川剛, 横田太, 佐藤嘉伸, 菅野伸彦
    • 学会等名
      日本コンピュータ外科学会大会
    • 発表場所
      東京大学 (東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] “下肢筋肉付着部、走行アトラスの構築(第一報)~ Cadaverを用いた筋肉付着部、走行情報の取得~”2015

    • 著者名/発表者名
      高尾正樹, 大竹義人, 小川剛, 福田紀生, 上村圭亮, 横田太, 佐藤嘉伸, 菅野伸彦
    • 学会等名
      日本コンピュータ外科学会大会
    • 発表場所
      東京大学 (東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] “人体連続切片標本画像とCT画像を用いた筋質・筋線維方向の解析”2015

    • 著者名/発表者名
      大竹 義人, 横田 太, Florent Marie, 福田 紀生, 高尾 正樹, 小川 剛, 上村 圭亮, 菅野 伸彦, 佐藤 嘉伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会医用画像研究会(MI)
    • 発表場所
      奈良先端科学技術大学院大学 (奈良県生駒市)
    • 年月日
      2015-11-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] “Handling different designs of femoral stems for automated THA planning: Determination of stem anteversion angle using statistical prediction”2015

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Y, Kagiyama Y, Yokota F, Ogawa T, Takao M, Sugano N, Tada Y, Otake Y,Sato Y
    • 学会等名
      Annual Meeting of International Society of Computer Assisted Orthopaedic Sugery
    • 発表場所
      Vancouver, Canada (accepted for special poster presentation)
    • 年月日
      2015-06-17 – 2015-06-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Handling different designs of femoral stems for automated THA planning: Determination of stem anteversion angle using statistical prediction2015

    • 著者名/発表者名
      Y Nakanishi, Y Kagiyama, F Yokota, M Takao, T Ogawa, N Sugano, Y Tada, Y Otake and Y Sato
    • 学会等名
      CAOS 15TH Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery 2015
    • 発表場所
      Canada,Vancouber, The Fairmont Hotel Vancouber
    • 年月日
      2015-06-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Are 2d Measurements Of Muscle Atrophy And Degeneration Valid In Patients With Hip Disease?2015

    • 著者名/発表者名
      T Ogawa, M Takao, F Yokota, T Sakai, T Nishii, Y Otake, Y Sato and N Sugano
    • 学会等名
      CAOS 15TH Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery 2015
    • 発表場所
      Canada,Vancouber, The Fairmont Hotel Vancouber
    • 年月日
      2015-06-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 階層的マルチアトラス法を用いた股関節CT画像からの筋肉領域自動抽出の精度評価2014

    • 著者名/発表者名
      横田太, 高尾正樹, 小川剛, 菅野伸彦, 岡田俊之, 大竹義人, 多田幸生, 佐藤嘉伸
    • 学会等名
      J JSCAS, 16(3), 213, 2014
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 人工股関節自動手術計画システム実用化に向けた最小限の手入力による疾患股関節のCTセグメンテーション高精度化 ~股関節・膝関節上の2点を条件とする統計形状モデルの適用~2014

    • 著者名/発表者名
      横田太, 高尾正樹, 小川剛, 菅野伸彦, 岡田俊之, 大竹義人, 多田幸生, 佐藤嘉伸
    • 学会等名
      J JSCAS, 16(3), 214, 2014
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 人工股関節自動手術計画システム実用化に向けた関節機能バランスを考慮した最適化と性能評価 ~関節機能統計モデルを用いた脚長差・関節可動域・適合性調整~2014

    • 著者名/発表者名
      鍵山善之, 中西裕紀, 横田太, 高尾正樹, 小川剛, 菅野伸彦, 大竹義人, 伊藤安海, 多田幸生,佐藤嘉伸
    • 学会等名
      J JSCAS, 16(3), 242, 2014
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 人工股関節自動手術計画システム実用化に向けた異機種大腿骨ステムヘの対応 ~大腿骨・ステム統合統計形状モデルを用いたステム前捻角決定~2014

    • 著者名/発表者名
      中西裕紀, 鍵山善之,横田太, 小川剛, 高尾正樹, 菅野伸彦, 多田幸生, 大竹義人, 佐藤嘉伸
    • 学会等名
      J JSCAS, 16(3), 243, 2014
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 人工股関節手術計画統計アトラス構築のための代表症例選択-異種大腿骨インプラントへの拡張の容易化-2014

    • 著者名/発表者名
      中西 裕紀,鍵山 善之,横田 太,高尾 正樹,菅野 伸彦,多田 幸生,富山 憲幸,佐藤 嘉伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会医用画像研究会
    • 発表場所
      沖縄(沖縄ぶんかテンブス館)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 多階層・条件付き統計形状モデルを用いた疾患股関節CT画像からの骨盤・大腿骨領域自動抽出 ~ グラフカットを用いた精密抽出 ~2013

    • 著者名/発表者名
      横田 太,岡田 俊之, 高尾 正樹, 菅野 伸彦, 多田 幸生, 富山 憲幸, 佐藤 嘉伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会信学技報
    • 発表場所
      東北大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Optimization of surgical planning of total hip arthroplasty based on computational anatomy2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Kagiyama and Masaki Takao and Nobuhiko Sugano and Yukio Tada and Noriyuki Tomiyama and Yoshinobu Sato
    • 学会等名
      Proceedings of 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (IEEE EMBC2013)
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] CTベース人工股関節自動手術計画の臨床応用可能なプロトコルの開発と性能評価2013

    • 著者名/発表者名
      中西 裕紀,横田 太,鍵山 善之,岡田 俊之,高尾 正樹,菅野 伸彦,多田 幸生,富山 憲幸,佐藤 嘉伸
    • 学会等名
      第32回日本医用画像工学会大会
    • 発表場所
      東京(産業技術総合研究所臨海副都心センター/日本科学未来館)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 最大事後確率推定に基づく人工股関節手術計画自動立案システム2013

    • 著者名/発表者名
      鍵山 善之
    • 学会等名
      システム制御情報学会SFA研究分科会第15回研究例会資料
    • 発表場所
      大阪府大阪市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 股関節CT画像からの個別筋肉・筋肉群領域の自動抽出 ~ 個別筋肉の辺縁情報に基づく統計予測法の改良 ~2013

    • 著者名/発表者名
      高谷 美郁,横田 太,岡田 俊之, 高尾 正樹, 菅野 伸彦, 多田 幸生, 富山 憲幸, 佐藤 嘉伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会信学技報
    • 発表場所
      千葉大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Automated CT Segmentation of Diseased Hip Using Hierarchical and Conditional Statistical Shape Models2013

    • 著者名/発表者名
      F Yokota, T Okada, M Takao, N Sugano, Y Tada, N Tomiyama, Y Sato
    • 学会等名
      Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention MICCAI 2013
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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