Development and clinical application of a deep-learning model to predict hemodynamic parameters from chest radiographs
| Project/Area Number |
20KK0375
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 53020:Cardiology-related
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
鳥羽 修平 三重大学, 医学部附属病院, 助教 (20806111)
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| Project Period (FY) |
2021 – 2023
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
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| Keywords | 人工知能 / 胸部X線写真 / 血行動態 |
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| Outline of Research at the Start |
胸部X線写真には循環器に関する情報が豊富に含まれているが、その評価法は従来、医師による定性的な読影のみであった。研究代表者は基課題において胸部X線写真から肺体血流比を定量的に予測する人工知能を開発し、胸部X線写真には医師が認識していない膨大な情報が眠っている可能性があることを示した（Toba et al. JAMA Cardiology. 2020）。本国際共同研究では、胸部X線写真から血行動態を定量的に評価する人工知能を様々な血行動態指標へ応用し、その臨床応用を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
基研究において、胸部レントゲン写真からどのような血行動態指標が予測可能かを明らかにするため、胸部X線写真から非侵襲的に右心カテーテル検査の複数の測定値を予測する人工知能(深層学習モデル)を開発し、胸部X線写真からどのような血行動態指標が予測できるか検討した。右心カテーテル検査を施行された成人約900名を対象とし、胸部レントゲン写真から様々な血行動態指標を予測する人工知能モデルを開発し、その予測精度を検討した。胸部レントゲン写真から予測できる血行動態指標に有意な傾向がみられた（平均肺動脈楔入圧、平均肺動脈圧、平均右房圧、右室収縮期圧については、人工知能による予測値は実測値と中等度の相関(相関係数 0.49~0.63)を示した一方、流量や抵抗を示す心係数と肺血管抵抗は予測値と実測値に相関を認めなかった）。本成果については2022年度中に報告、発表する予定である。
また胸部レントゲン写真からの血行動態指標予測精度の向上のため、複数の胸部レントゲン写真の公開大規模データベースを事前に学習した基盤モデルの開発を開始した。小児における肺炎の診断において、胸部レントゲン写真を事前に学習したモデルは、ImageNetを事前に学習したモデルに比べて短時間で学習を行うことができ、精度も向上することが示された。詳細は2022年度中に報告、発表する予定である。
このほか、胸部レントゲン写真を用いた先天性心疾患の診断や、血行動態評価に関する研究を継続している。
国際共同研究としては、2022年度中の渡航を予定しており、これまでに必要な機器の選定、購入、データの準備などを行った。高性能deep learning用サーバーを設置し、大規模な人工知能の学習に対応できる環境を構築し、また渡航に向け各種手続きや、日本における研究環境の整備を行った。
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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
渡航にむけ、研究環境の整備がほぼ完了している。渡航先における倫理審査も既に承認が得られており、渡航後はすぐに研究が開始できる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年7月から半年間の渡航を予定しており、その間に人工知能の学習、性能評価を行う。渡航前までに必要なデータの整理を完了し、渡航中可及的早期の論文投稿を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
