Estimation of Stroke Risk based on Shape Classification of Retinal Vein by Using Self-Organizing Map
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19K20356
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 61040:Soft computing-related
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| Research Institution | Kurume National College of Technology |
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Principal Investigator |
古賀 裕章 久留米工業高等専門学校, 制御情報工学科, 助教 (10807861)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 形状分類 / 眼底 / 自己組織化マップ / 規格化 / 医用画像処理 / 脳卒中リスク推定 / 動脈硬化診断 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，形状分類を用い，眼底画像から脳卒中リスクを推定する手法を開発する．
眼底は，人体で血管を直接観察できる唯一の部位であり，眼底の血管における動静脈交叉部の静脈の形状から，脳卒中リスクを推定可能である．しかしながら，交叉部の静脈形状の評価は，基準を決めることが困難であり，定量化されていない．
申請者は，特定の特徴量を用いずに，自己組織化マップという手法を用いて，形状そのものを分類することで，交叉部の静脈形状の定量評価を目指す．
交叉部の静脈形状の定量評価が実現できれば，検査時の脳卒中リスクのみでなく，患者個人の脳卒中リスクの経年変化を追跡でき，治療効果の評価や将来のリスク予測が可能である．
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| Outline of Annual Research Achievements |
眼底は人体で唯一血管を直接観察できる部位である．脳と眼は発生学上同一の部位であるため，眼底血管を観察することで，脳の血管の状態を推測することができ，脳卒中の診断や予防に活用できる．脳卒中や動脈硬化を反映した眼底血管の状態として，動脈と静脈の交叉部において，動静脈交叉現象と呼ばれる狭窄や歪みなどの形状の変化が静脈に起こる症状がある．本研究では，自己組織化マップにより，交叉部の静脈形状を自動分類し．動静脈交叉現象の程度を評価するシステムの開発を行い，脳卒中の治療や予防に活用する．令和元年度では，以下のことを行った．
１．自己組織化マップを用いた形状分類手法の眼底血管への適用： 動静脈交叉現象の程度を評価するためには，特定の位置の血管径やその比といった特徴量では不十分であり，交叉部付近の静脈の形状そのものを総合的に評価する必要がある．申請者の提案した自己組織化マップを用いた形状分類手法により静脈の形状そのものを分類した．本手法の適用により血管形状の適切な分類が達成できていることが確認された．また，形状分類が血管の輪郭抽出の領域の大きさに依存してしまうという問題を明らかにすることができた．
２．形状規格化手法の開発： 上記の問題を解決するために，前処理として血管の輪郭抽出の領域の大きさを一定にする手法の開発を行った．
３．上記手法の組み合わせによる動脈硬化重症度推定に向けた眼底静脈形状分類手法の開発： 形状規格化手法および自己組織化マップによる形状分類手法を組み合わせることによって，より良い眼底静脈形状の分類結果を得ることができた．
４．本アプローチの他疾病への応用の検討： 本研究アプローチに関して，医師と協議を行い，他の疾病への応用といった本研究のさらなる発展について検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
自己組織化マップによる形状分類を眼底の静脈形状に適用し，有効な分類結果を得た．併せて，動脈硬化重症度の推定において，上記形状分類手法の問題点を明らかにした．その問題点の解決のため，前処理として形状規格化手法を開発した．形状規格化手法および自己組織化マップによる形状分類手法を組み合わせることによって，眼底静脈形状から動脈硬化重症度の推定につながるであろう，更に良好な結果を得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．臨床データの収集： 脳卒中リスク推定に向けた形状分類手法の開発や検証には大量のデータが必要となるため，令和2年度以降においても引き続き，医師の協力を得て眼底血管画像のデータの収集に努める．また，令和元年度の成果から推測される動脈硬化重症度推定に有益であろう情報（画像内における交叉点の位置や血流方向）を追加で収集する．
２．眼底血管形状分類手法の改良： 現在の形状分類結果では，線対称や点対称の形状が別の形状として，分類されている．それらの形状は，動静脈交叉現象の程度を評価する上では，同じ意味を持つ形状である．それらを同じ形状として分類されるように形状規格化手法を改良し，意味のある形状分類カテゴリを増やすことで，より詳細な形状の分類手法の開発を行う．また，1で得られた追加情報を形状分類に反映させることで，動脈硬化重症度推定に向けた分類性能の向上を図る．
３．動脈硬化重症度推定手法の開発： 今までは血管形状のみを用いて分類を行ってきた．ここでは更に医師による動静脈交叉現象の程度の評価を追加入力として用いる．形状と評価の重視度（重み）を適切に設定することで，血管形状と評価の両方をバランスよく反映した分類を得ることができる．この分類結果を用いれば，血管形状から医師が行うような動静脈交叉現象の程度の推定が可能となる．本年度は，この形状から動静脈交叉現象の程度の推定を行う手法の開発に取り組む．
４．経年変化追跡システムの開発： 脳卒中の予防や治療効果の評価のためには，現在の評価だけでなく，同一患者の複数の眼底データから動脈硬化の程度の経年変化を追う必要がある．しかしながら，経年変化を追うことができる眼底データはまだ十分に集まっていない．動脈硬化の程度の経年変化追跡システムの開発に向けて，本年度は人工データを用い，形状の時系列変化の追跡および将来の予測を行うシステムの開発に取り組む．
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
