説明可能なAIと教師なし学習AIによる脊椎疾患の新しい知見を見出す試み
Project/Area Number |
22K16734
|
Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 56020:Orthopedics-related
|
Research Institution | Chiba University |
Principal Investigator |
牧 聡 千葉大学, 医学部附属病院, 助教 (00771982)
|
Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
|
Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
|
Keywords | 人工知能 / 脊髄損傷 / 頚部脊髄症 |
Outline of Research at the Start |
本研究では脊髄損傷と頚部脊髄症の機能予後をradiomics(人工知能によって画像所見から遺伝子や予後についての情報を得る手法)を用いて予測し、その診断根拠となる人工知能が着目している画像所見を明らかにして人間にも識別可能な客観的な所見として視覚化し新しい知見を得ることを目指す。そのため①Grad-CAM(人工知能がどこに着目しているかを示すヒートマップ)、②Vision Transformer(深層学習に替わる新しい人工知能の手法)のattention map、③教師なし学習による画像のクラスタリングと実際の予後との比較の3つのアプローチから新しい画像所見の特徴を探索する。
|
Outline of Annual Research Achievements |
脊髄損傷や頚部脊髄症の患者の治療やリハビリを考える上で、将来の機能回復がどの程度見込めるかを予測することは非常に重要である。本研究では、脊髄損傷と頚部脊髄症の機能予後をradiomicsを用いて予測し、さらに人間にもわかりやすい形で画像の特徴を示すことを目的とした。
これまでにその予備研究として脊椎感染症と脊椎のModic変化の鑑別 (Mukaihata, Maki et al. Spine, 2023)、脊髄損傷患者の神経学的予後の予測 (Shimizu, Maki et al. J Clin Neurosci, 2023)、頚部脊髄症患者の脊髄のMRI画像のセグメンテーション (Nozawa, Maki et al. Int J Comput Assist Radiol Surg, 2023) などに関する研究成果を発表してきた。また、脊髄損傷患者の機能予後予測をWebアプリケーションとして実装し、入院時の神経学的所見や受傷からリハビリ病院入院までの日数が重要な因子であることを明らかにした (Maki et al. J Neurotrauma 2023)。一方で、頚椎後縦靭帯骨化症(OPLL)の手術予後予測においては、画像の特徴量は人間には解釈が難しく、解釈可能性を上げようとすると予測精度が下がるというトレードオフの関係があることがわかった(投稿中データ)。
総じて、脊髄損傷と頚部脊髄症の機能予後を予測する新しい方法を提案し、その有用性を論文発表を通じて示すことができた。しかし、モデルの説明可能性と予測精度のトレードオフや、手元にある症例数の限界など、課題も明らかになった。今後は、これらの課題を解決しつつ、臨床応用に向けた更なる研究が必要である
|
Report
(2 results)
Research Products
(76 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
Related Report
Peer Reviewed
-
-
[Journal Article] AI・ロボティクスの進歩と整形外科の未来 日本リハビリテーション・データベース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2023
Author(s)
牧 聡, 古矢 丈雄, 井上 嵩基, 弓手 惇史, 三浦 正敬, 白谷 悠貴, 永嶌 優樹, 丸山 隼太郎, 志賀 康浩, 稲毛 一秀, 江口 和, 折田 純久, 大鳥 精司
-
Journal Title
日本整形外科学会雑誌
Volume: 97
Pages: 1129-1132
Related Report
-
-
-
[Journal Article] 深層学習を用いた,腰椎疾患におけるMRI diffusion tensor imagingによる神経tractographyの自動生成に関する研究2023
Author(s)
竹内 英成, 江口 和, 枡本 りら, 稲毛 一秀, 志賀 康浩, 井上 雅寛, 牧 聡, 古矢 丈雄, 大鳥 精司, 折田 純久
-
Journal Title
Related Report
-
[Journal Article] 外傷性脊髄損傷患者の機能予後予測を行う機械学習Webアプリの開発2023
Author(s)
牧 聡, 古矢 丈雄, 白谷 悠貴, 丸山 隼太郎, 永嶌 優樹, 土岐 恭範, 北川 恭太, 岩田 秀平, 稲毛 一秀, 折田 純久, 大島 精司
-
Journal Title
Related Report
-
-
[Journal Article] 脊椎脊髄病治療のイノベーション 人工知能を用いた脊椎脊髄疾患の画像診断と機能予後予測2023
Author(s)
牧 聡, 古矢 丈雄, 井上 嵩基, 弓手 惇史, 三浦 正敬, 白谷 悠貴, 丸山 隼太郎, 永嶌 優樹, 志賀 康浩, 稲毛 一秀, 江口 和, 折田 純久, 大鳥 精司
-
Journal Title
Journal of Spine Research
Volume: 14
Pages: 581-581
Related Report
-
-
[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
Related Report
Peer Reviewed
-
[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
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Efficacy of a machine learning-based approach in predicting neurological prognosis of cervical spinal cord injury patients following urgent surgery within 24 h after injury2022
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
Related Report
Peer Reviewed
-
[Journal Article] Automated fracture screening using an object detection algorithm on whole-body trauma computed tomography2022
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
Related Report
Peer Reviewed
-
-
[Journal Article] Determining the short-term neurological prognosis for acute cervical spinal cord injury using machine learning2022
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
Related Report
Peer Reviewed
-
[Journal Article] Detecting Distal Radial Fractures from Wrist Radiographs Using a Deep Convolutional Neural Network with an Accuracy Comparable to Hand Orthopedic Surgeons2022
Author(s)
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
Related Report
Peer Reviewed
-
[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
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Exploring the Role of Artificial Intelligence in Improving Diagnosis and Treatment of Spinal Disorders2023
Author(s)
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
Organizer
第13回最小侵襲脊椎治療学会
Related Report
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[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
Organizer
12th Annual Meeting and 2022 Instructuinal Course of Cervical Spine Research Society Asia Pacific Section
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Diagnosis and prognostication of spinal pathologies using artificial intelligence.2022
Author(s)
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
Organizer
2022 Combined Meeting of SMISS-AP and International MISt Meeting
Related Report
Int'l Joint Research / Invited
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-