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Development of a machine learning model to predict of delirium in cardiac surgery using preoperative data and EEG

Research Project

Project/Area Number 22K10839
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 58060:Clinical nursing-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

吉田 靖  大阪大学, 大学院 医学系研究科, 招へい准教授 (30532519)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 池田 学  大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (60284395)
上野 高義  大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (60437316)
桝田 浩禎  大阪大学, 医学部附属病院, 特任助教(常勤) (80793918)
畑 真弘  大阪大学, 大学院医学系研究科, 講師 (80816223)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsせん妄 / 心臓血管外科 / 脳波 / 予測 / 検出 / リスクアセスメント / 術後せん妄 / 周術期管理 / 機械学習
Outline of Research at the Start

せん妄は外科患者においては疾患予後にも影響する深刻な問題であり、ハイリスク患者を早期に予測し予防的介入をすべきとされている一方、未だ十分な精度を有する術後せん妄の予測ツールは存在しない。その中で、機械学習は複雑なデータからパターンを掴み予測を行うことに長けており、せん妄予測に有効な手法であると考えられる。またせん妄発症は脳の機能的結合性と関連する可能性があり、術前脳波からその特徴を抽出することで、せん妄の予測や発症機序への示唆が得られると見込まれる。本研究では、周術期データ及び術前に非侵襲的に得られる前頭部脳波のデータを用いて、せん妄発発症予測機械学習モデルを構築することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、これまでの研究業績について学会発表を3件行なった。また、データ収集を継続して行なった。
データ収集は大阪大学医学部附属病院心臓血管外科にて行い、現時点でおよそ300名の同意を得ている。電子カルテと直接訪問によるデータ収集のほか、簡易脳波計"HARU-1"(PGV株式会社)にて脳波データを記録した。加えて今年度は、体組成計InBody-S10によるデータ収集を開始した。これは、筋肉量や水分量、脂肪量等の体組成を簡便かつ高精度に計測するものであり、患者の身体的フレイルに関する情報が得られる。
せん妄評価は術後7日間の追跡で、DSM-Vの診断基準に則り行った。
学会では、過去に構築したモデルの新規データセットにおける検証結果の発表と、既存のせん妄リスクスコアリング方法との比較についての発表を行なった。本研究で構築した心臓血管外科術後せん妄予測モデルはロバストであり、また既存のスコアリング方法よりも優れるという結果を示した。これらの結果をもって。第20回クリティカルケア看護学会において優秀演題賞を受賞した。
また、第89回日本循環器学会学術集会では、身体的フレイルに関わる特徴量を追加することでモデルの性能が向上するという結果を示し、優秀演題賞を受賞した。本研究結果は、身体的フレイルに関連する特徴量として、細胞外水分比が正常範囲にない患者(特に、細胞外水分比が過剰な患者)はせん妄を発症しやすいという傾向を示し、心臓血管外科術後せん妄の発症機序解明に示唆を与えるものであった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通りに、データ収集及び分析、学会発表が進行していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

引き続きデータ収集を行う。
収集したデータを元に、脳波や体組成計から得られた新規性かつ臨床的意義の高い特徴量をもって、せん妄リスク因子とその機序の解明にも取り組む。
得られた成果は論文投稿及び学会発表にて、積極的に公表していく。

Report

(3 results)
  • 2024 Research-status Report
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2025 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Predicting postoperative delirium after cardiovascular surgeries from preoperative portable electroencephalography oscillations2023

    • Author(s)
      Hata Masahiro、Miyazaki Yuki、Nagata Chie、Masuda Hirotada、Wada Tamiki、Takahashi Shun、Ishii Ryouhei、Miyagawa Shigeru、Ikeda Manabu、Ueno Takayoshi
    • Journal Title

      Frontiers in Psychiatry

      Volume: 14 Pages: 1287607-1287607

    • DOI

      10.3389/fpsyt.2023.1287607

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Development of postoperative delirium prediction models in patients undergoing cardiovascular surgery using machine learning algorithms2023

    • Author(s)
      Nagata Chie、Hata Masahiro、Miyazaki Yuki、Masuda Hirotada、Wada Tamiki、Kimura Tasuku、Fujii Makoto、Sakurai Yasushi、Matsubara Yasuko、Yoshida Kiyoshi、Miyagawa Shigeru、Ikeda Manabu、Ueno Takayoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-023-48418-5

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 術前フレイルの観点を考慮した術後せん妄を予測する機械学習モデルの構築2025

    • Author(s)
      三好璃子、 長田知恵、 桝田浩禎、 畑真弘、宮崎友希、池田学、 宮川繁、 上野高義
    • Organizer
      第89回日本循環器学会学術集会
    • Related Report
      2024 Research-status Report
  • [Presentation] 人工心肺を用いた心臓血管外科手術後のせん妄発症を早期に予測する機械学習モデルの構築と検証2025

    • Author(s)
      長田知恵、桝田浩禎、三好璃子、畑真弘、宮崎友希、池田学、宮川繁、上野高義
    • Organizer
      第89回日本循環器学会学術集会
    • Related Report
      2024 Research-status Report
  • [Presentation] 心臓血管外科術後せん妄ハイリスク患者の早期識別-機械学習法と従来法の比較;前向きコホート研究-2024

    • Author(s)
      長田知恵、上野高義
    • Organizer
      第20回クリティカルケア看護学会
    • Related Report
      2024 Research-status Report
  • [Presentation] 機械学習による心臓血管外科術後せん妄の予測精度へ 人工心肺使用の有無が及ぼす影響2023

    • Author(s)
      長田知恵,上野高義
    • Organizer
      第11回看護理工学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 機械学習を用いた心臓血管外科術後せん妄の予測モデルの構築2023

    • Author(s)
      長田知恵、桝田浩禎、畑真弘、宮崎友希、上野高義
    • Organizer
      第87回日本循環器学会学術集会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 心臓血管外科術後せん妄の発生状況とリスク因子の検討2022

    • Author(s)
      長田知恵、上野高義
    • Organizer
      第53回日本看護学会学術集会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2025-12-26  

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