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Prediction of functional prognosis of orthopedic diseases using AI (Radiomics)

Research Project

Project/Area Number 20K18052
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 56020:Orthopedics-related
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

Maki Satoshi  千葉大学, 医学部附属病院, 助教 (00771982)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords人工知能 / 脊髄損傷 / 頚椎症性脊髄症 / 大腿骨近位部骨折 / 転移性脊椎腫瘍
Outline of Research at the Start

①脊髄損傷、②頚部脊髄症(頚髄の圧迫で手足が不自由になる病気)、③大腿骨近位部骨折、④転移性脊椎腫瘍(癌の背骨への転移)は高齢化社会において増加の一途を辿っている。これらの疾患の予後を知ることは適切な治療を行い、リハビリの目標を設定するのに非常に重要である。しかし、予後予測は複数の因子が関わっており、従来の画像評価法では予想が困難である。
Radiomicsとは人工知能(深層学習)を用いて医療用画像の特徴量を計測する事で臨床医には識別困難な遺伝的因子や臨床転機を予測する事である。本研究ではradiomicsを用いることによって①-④の項目について予測を行う

Outline of Final Research Achievements

Using MRI images, it has been found that the severity of paralysis in spinal cord injury patients can be predicted with 88% accuracy after one month, demonstrating the effectiveness of AI in this area. It has also been successful in predicting surgical outcomes for patients with cervical ossification of the posterior longitudinal ligament using machine learning based on patient information prior to surgery. Furthermore, by evaluating the ability of AI to detect femoral fractures using hip X-ray images, it has been found that there is potential to improve the accuracy of diagnosis. In addition, AI has been shown to be useful in identifying whether fractures are due to cancerous spinal metastasis or osteoporosis using MRI images. As a result, physicians can better understand diseases and patient care is expected to improve.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

この研究は、医療の現場でAI技術を活用して、より正確な診断や治療法の選択を可能にすることで、患者のケアが向上することが期待される。また、医療従事者の負担を軽減し、効率的な医療サービスの提供に貢献することができる可能性がある。この研究は、医療の現場でAI技術を活用して、より正確な診断や治療法の選択を可能にすることで、患者のケアが向上することが期待されている。また、医療従事者の負担を軽減し、効率的な医療サービスの提供に貢献する可能性がある。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (69 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 3 results) Presentation (56 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Deep learning-based prediction model for postoperative complications?of cervical posterior longitudinal ligament ossification2023

    • Author(s)
      Ito S, Nakashima H, Yoshii T, Egawa S, Sakai K, Kusano K, Tsutui S, Hirai T, Matsukura Y, Wada K, Katsumi K, Koda M, Kimura A, Furuya T, Maki S, Nagoshi N, Nishida N, Nagamoto Y, Oshima Y, Ando K, et al.
    • Journal Title

      European Spine Journal

      Volume: - Issue: 11 Pages: 3797-3806

    • DOI

      10.1007/s00586-023-07562-2

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  • [Journal Article] Differentiating Magnetic Resonance Images of Pyogenic Spondylitis and Spinal Modic Change Using a Convolutional Neural Network2023

    • Author(s)
      Mukaihata T, Maki S, Eguchi Y, Geundong K, Shoda J, Yokota H, Orita S, Shiga Y, Inage K, Furuya T, Ohtori S.
    • Journal Title

      Spine (Phila Pa 1976)

      Volume: 48(4) Issue: 4 Pages: 288-294

    • DOI

      10.1097/brs.0000000000004532

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  • [Journal Article] Magnetic resonance image segmentation of the compressed spinal cord in patients with degenerative cervical myelopathy using convolutional neural networks2023

    • Author(s)
      Nozawa K, Maki S, Furuya T, Okimatsu S, Inoue T, Yunde A, Miura M, Shiratani Y, Shiga Y, Inage K, Eguchi Y, Ohtori S, Orita S.
    • Journal Title

      Int J Comput Assist Radiol Surg

      Volume: 18(1) Issue: 1 Pages: 45-54

    • DOI

      10.1007/s11548-022-02783-0

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    • Author(s)
      Shimizu T, Suda K, Maki S, Koda M, Matsumoto Harmon S, Komatsu M, Ota M, Ushirozako H, Minami A, Takahata M, Iwasaki N, Takahashi H, Yamazaki M.
    • Journal Title

      J Clin Neurosci.

      Volume: 107 Pages: 150-156

    • DOI

      10.1016/j.jocn.2022.11.003

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    • Author(s)
      Inoue T, Maki S, Furuya T, Mikami Y, Mizutani M, Takada I, Okimatsu S, Yunde A, Miura M, Shiratani Y, Nagashima Y, Maruyama J, Shiga Y, Inage K, Orita S, Eguchi Y, Ohtori S.
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 16549-16549

    • DOI

      10.1038/s41598-022-20996-w

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      Minamoto Y, Akagi R, Maki S, Shiko Y, Tozawa R, Kimura S, Yamaguchi S, Kawasaki Y, Ohtori S, Sasho T.
    • Journal Title

      BMC Musculoskelet Disord

      Volume: 23(1) Issue: 1 Pages: 577-577

    • DOI

      10.1186/s12891-022-05524-1

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    • Author(s)
      Okimatsu S, Maki S, Furuya T, Fujiyoshi T, Kitamura M, Inada T, Aramomi M, Yamauchi T, Miyamoto T, Inoue T, Yunde A, Miura M, Shiga Y, Inage K, Orita S, Eguchi Y, Ohtori S.
    • Journal Title

      J Clin Neurosci

      Volume: 96 Pages: 74-79

    • DOI

      10.1016/j.jocn.2021.11.037

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      Suzuki T, Maki S, Yamazaki T, Wakita H, Toguchi Y, Horii M, Yamauchi T, Kawamura K, Aramomi M, Sugiyama H, Matsuura Y, Yamashita T, Orita S, Ohtori S.
    • Journal Title

      J Digit Imaging

      Volume: 35(1) Issue: 1 Pages: 39-46

    • DOI

      10.1007/s10278-021-00519-1

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    • Author(s)
      牧聡
    • Journal Title

      整形外科

      Volume: 72 Issue: 13 Pages: 1380-1380

    • DOI

      10.15106/j_seikei72_1380

    • ISSN
      0030-5901, 2432-9444
    • Year and Date
      2021-12-01
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  • [Journal Article] A Deep Convolutional Neural Network Using MRI2021

    • Author(s)
      Yoda Takafumi、Maki Satoshi、Furuya Takeo、Yokota Hajime、Matsumoto Koji、Takaoka Hiromitsu、Miyamoto Takuya、Okimatsu Sho、Shiga Yasuhiro、Inage Kazuhide、Orita Sumihisa、Eguchi Yawara、Yamashita Takeshi、Masuda Yoshitada、Uno Takashi、Ohtori Seiji
    • Journal Title

      Spine

      Volume: - Issue: 8 Pages: E347-E352

    • DOI

      10.1097/brs.0000000000004307

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Machine Learning Approach in Predicting Clinically Significant Improvements After Surgery in Patients with Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament2021

    • Author(s)
      Maki Satoshi、Furuya Takeo、Yoshii Toshitaka、Egawa Satoru、Sakai Kenichiro、Kusano Kazuo、et al.
    • Journal Title

      Spine

      Volume: 46 Issue: 24 Pages: 1683-1689

    • DOI

      10.1097/brs.0000000000004125

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  • [Journal Article] Automated detection of cervical ossification of the posterior longitudinal ligament in plain lateral radiographs of the cervical spine using a convolutional neural network2021

    • Author(s)
      Miura Masataka、Maki Satoshi、Miura Kousei、Takahashi Hiroshi、Miyagi Masayuki、Inoue Gen、Murata Kazuma、Konishi Takamitsu、Furuya Takeo、Koda Masao、Takaso Masashi、Endo Kenji、Ohtori Seiji、Yamazaki Masashi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 12702-12702

    • DOI

      10.1038/s41598-021-92160-9

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Automated classification of hip fractures using deep convolutional neural networks with orthopedic surgeon-level accuracy: ensemble decision-making with antero-posterior and lateral radiographs.2020

    • Author(s)
      Yamada Y, Maki S, Kishida S et al.
    • Journal Title

      Acta Orthopaedica

      Volume: 91 Issue: 6 Pages: 699-704

    • DOI

      10.1080/17453674.2020.1803664

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  • [Presentation] Machine learning approach in predicting clinically significant improvements after surgery in patients with cervical ossification of the posterior longitudinal ligament2022

    • Author(s)
      Satoshi Maki, Toshitaka Yoshii, Takeo Furuya, Satoru Egawa, Kenichiro Sakai, Takashi Hirai, Keiichi Katsumi, Atsushi Kimura, Shiro Imagama, Masao Koda, Katsushi Takeshita, Morio Matsumoto, Masashi Yamazaki, Atsushi Okawa
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      12th Annual Meeting and 2022 Instructuinal Course of Cervical Spine Research Society Asia Pacific Section
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      Satoshi Maki, Takeo Furuya, Takaki Inoue, Atsushi Yunde, Masataka Miura, Yuki Shiratani, Yuki Nagashima, Juntaro Maruyama, Yasuhiro Shiga, Kazuhide Inage, Yawara Eguchi, Sumihisa Orita, Seiji Ohtori
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      2022 Combined Meeting of SMISS-AP and International MISt Meeting
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  • [Presentation] A Machine Learning Model Predicting Ambulation in Patients With Spinal Cord Injury Based on Data From 3196 Cases.2022

    • Author(s)
      Satoshi Maki, Takeo Furuya, Takaki Inoue, Atsushi Yunde, Masataka Miura, Yuki Shiratani, Yuki Nagashima, Juntaro Maruyama, Seiji Ohtori
    • Organizer
      50th CSRS 2022
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  • [Presentation] 日本リハビリテーション・データベース3196例のデータに基づく機械学習を用いた脊髄損傷患者の歩行能獲得予測モデル2022

    • Author(s)
      牧聡,古矢丈雄,沖松翔,井上嵩基,弓手惇史,三浦正敬,白谷悠貴,永嶌優樹,丸山準太郎,志賀康浩,稲毛一秀,江口和,折田純久,大鳥精司
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      弓手惇史,牧聡,沖松翔,井上嵩基,三浦正敬,白谷悠貴,古矢丈雄,大鳥精司
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  • [Presentation] 敵対的生成ネットワーク(GAN)による頚椎頚髄損傷のMRI T2強調像からSTIR像への変換2022

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      弓手惇史,牧聡,沖松翔,井上嵩基,三浦正敬,金勤東,白谷悠貴,江口和,折田純久,古矢丈雄,大鳥精司
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  • [Presentation] 日本リハビリテーション・データベース3196例のデータに基づく機械学習を用いた脊髄損傷患者の歩行能獲得予測モデル2022

    • Author(s)
      牧聡,古矢丈雄,沖松翔,井上嵩基,弓手惇史,三浦正敬,白谷悠貴,稲毛一秀,江口和,折田純久,大鳥精司
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      井上嵩基,牧聡,弓手惇史,沖松翔,三浦正敬,白谷悠貴,折田純久,江口和,古矢丈雄,大鳥精司
    • Organizer
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    • Author(s)
      弓手惇史,牧聡,井上嵩基
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      井上嵩基,牧聡,弓手惇史
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      上田玲央斗,野澤京平,牧聡,大鳥精司,折田純久
    • Organizer
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    • Author(s)
      牧聡 古矢丈雄,沖松翔,井上嵩基,弓手惇史,三浦正敬,白谷悠貴,稲毛一秀,江口和,折田純久,大鳥精司
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      鴨田博人,牧聡,米本司,木下英幸,萩原洋子,植田暢,武田昂典,塚西敏則,石井猛,大鳥精司
    • Organizer
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      井上嵩基,牧聡,沖松翔,弓手惇史,三浦正敬,白谷悠貴,稲毛一秀,江口和,折田純久,古矢丈雄,大鳥精司
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  • [Presentation] 新しい機械学習手法を用いた頚椎後縦靭帯骨化症の手術の予後予測モデルの構築 ―AMED・厚労科研研究班 多施設前向き研究―2021

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      牧聡,吉井俊貴,國府田正雄,古矢丈雄,木村敦,名越慈人,中島宏彰,和田簡一郎,坂井顕一郎,平井高志,安藤圭,竹下克志,松本守雄,今釜史郎,大川淳,山崎正志
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  • [Presentation] 人工知能を用いた頚椎単純X線像に基づく頚椎後縦靭帯骨化症,頚椎症,正常例の鑑別診断2021

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      三浦正敬,牧聡,三浦紘世,高橋宏,宮城正行,井上玄,村田寿馬,小西隆允,古矢丈雄,大鳥精司,山崎正志
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      第50回日本脊椎脊髄病学会学術集会
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      乗本将輝,牧聡,齊藤淳哉,小山慶太,中島新,園部正人,赤津頼一,山田学,山本景一郎,山川奈々子,梅田涼,松下容子,中川晃一,大鳥精司
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      第50回日本脊椎脊髄病学会学術集会
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  • [Presentation] 機械学習を用いた頚髄損傷の予後予測2021

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      沖松翔,牧聡,古矢丈雄,井上嵩基,弓手惇史,三浦正敬,藤由崇之,北村充広,稲田大悟,新籾正明,山内友規,大鳥精司
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      牧聡,古矢丈雄,沖松翔,井上嵩基,弓手惇史,三浦正敬,志賀康浩,稲毛一秀,折田純久,江口和,大鳥精司
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      三浦正敬,牧聡,三浦紘世,高橋宏,宮城正行,村田寿馬,高松太一郎,遠藤健司,古矢丈雄,大鳥精司,山崎正志
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  • [Presentation] 深層学習を用いた橈骨遠位端骨折の画像診断2021

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      鈴木健司,牧聡,戸口泰成,脇田浩正,山崎貴弘,松浦佑介,山下剛司,山内友規,川村剛以,新籾正明,杉山宏,大鳥精司
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  • [Presentation] Deep learning-based radiomicsを用いた頚髄損傷の予後予測2021

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      沖松翔,牧聡,古矢丈雄,井上嵩基,弓手惇史,三浦正敬,藤由崇之,北村充広,稲田大悟,新籾正明,山内友規,大鳥精司
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      第94回日本整形外科学会学術総会
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      弓手惇史,牧聡,井上嵩基
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      井上嵩基,牧聡,弓手惇史
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  • [Presentation] 機械学習を用いた頚椎後縦靭帯骨化症の手術の予後予測モデルの構築- AMED・厚労科研研究班 多施設前向き研究 -2021

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      牧聡
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      牧聡,吉井俊貴,古矢丈雄,江川聡,坂井顕一郎,中川幸洋,國府田正雄,大鳥精司,山崎正志,大川淳
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      井上佳奈,牧聡,山口智志,野澤京平,赤木龍一郎,木村青児,佐粧孝久,大鳥精司,折田純久
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  • [Presentation] 敵対的生成ネットワーク(GAN)による頚椎頚髄損傷のMRI T2強調像からSTIR像への変換2021

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      弓手惇史,牧聡,沖松翔,井上嵩基,三浦正敬,白谷悠貴,古矢丈雄,大鳥精司
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      野澤京平,牧聡,古矢丈雄,沖松翔,井上嵩基,弓手惇史,志賀康浩,稲毛一秀,江口和,大鳥精司,折田純久
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      三浦正敬,牧聡,古矢丈雄,大鳥精司,國府田正雄,山崎正志
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      弓手惇史,牧聡,沖松翔,井上嵩基,三浦正敬,古矢丈雄
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      牧聡
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      Masataka Miura, Takeo Furuya, Masayuki Hashimoto, Yuki Shiratani, Takaki Inoue, Atsushi Yunde, Satoshi Maki, Seiji Ohtori
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      CSRS 2021
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 敵対的生成ネットワーク(GAN)による頚椎頚髄損傷のMRI T2強調像から疑似STIR像の生成2021

    • Author(s)
      弓手惇史,牧聡,古矢丈雄,沖松翔,井上嵩基,三浦正敬,白谷悠貴,志賀康浩,稲毛一秀,江口和,折田純久,大鳥精司
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      Sho Okimatu, Satoshi Maki
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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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