Development of AI-based remote physical examination

• Project/Area Number: 22K08199
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53020:Cardiology-related
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 大倉 宏之 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (30425136)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 武史 岐阜大学, 工学部, 教授 (10283285)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: AI / 頸静脈波 / 心不全 / Artificial intelligence / Physical examination / Cardiology

Outline of Research at the Start

循環器身体所見の代表的な視診所見に、頸静脈怒張の有無がある。ビデオ画像から頸静脈怒張の有無や特徴的な拍動パターンを人工知能(AI)により深層学習させることによって、身体所見の自動化、遠隔化ができるとの仮説を立てた。そこで健常例や様々な心疾患例に対して、頸静脈の画像を記録し、心エコー図による中心静脈圧上昇の有無と対比し深層学習させることによって、中心静脈圧上昇の有無の診断が可能か否かを検討する。さらに、頸静脈波形を非接触により描出することによる、心疾患の診断可能性についても検討する。

Outline of Annual Research Achievements

3Dビデオカメラによる頸静脈拍動の評価を目的として以下の検討を行った。(1).3Dビデオカメラからの距離計測の妥当性を検討するために深部計測モデルを使用して、3Dビデオカメラによる距離計測を行った。(2).次に頸静脈拍動モデルを用いて、拍動する物体の深度とその経時的変化を計測可能かどうかの検討を行った。(3).3Dビデオカメラにより、人体（健常例）における頸静脈拍動の記録をおこない頸静脈波をリモートで記録可能かどうかを検証した。その結果、３Dビデオカメラを用いて頸静脈拍動の可視化が可能であることが示された。
(4). トレーニングセット：対象例において3Dビデオカメラを用いて、頸部の動画像を記録した。心エコー図法により中心静脈圧上昇の有無(Class 0 or Class 1)をConvolutional Neural Network（CNN）により学習させた。心エコー図法での中心静脈圧上昇の診断は、ASEのガイドライン(J Am Soc Echocardiogr. 2015 Jan;28(1):1-39.e14.)に基づいて行い、下大静脈径 >21 mm、呼吸性変動<50%のものを中心静脈圧上昇と診断した。
バリデーションセット：ついで、別の心エコー図施行例を対象に、トレーニングで得られた深層学習の妥当性を検証する予定である。
(5).すでに得られた３Dビデオカメラで記録した動画像から、頸静脈拍動図を作成し、心エコー図によりえられた下大静脈波形や肝静脈波形との対比が、現在進行中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

心不全患者における検討を進めることができなかった。その理由は新型コロナウイルス感染の流行に伴って、患者との接触を最小限にとどめる必要があったためである。

Strategy for Future Research Activity

モデル実験と健常例における検討から今度は心不全患者の頸静脈拍動を記録し、その結果を右心カテーテル検査と比較する予定である。