Ultrahigh accuracy of ultrasound theragnostic systems realized by technologizing and digitizing medical professional skills

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03200
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 小泉 憲裕 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (10396765)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小木曽 公尚 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30379549) ; 月原 弘之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50431862) ; 西山 悠 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (60586395) ; 宮嵜 英世 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, 診療科長 (80323666)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 医療のデジタル化 / 医デジ化 / Me-DigIT / Robotic Ultrasound / 超音波診断ロボット / 超音波診断・治療ロボット / 非侵襲超音波診断・治療統合システム / Non-Invasive Ultrasound Theragnostic System

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は、超音波技術、情報技術、ならびにロボット技術を基盤として非侵襲超音波診断・治療統合システムの構築法を確立することであり、下記の5つのコア基盤技術に関する研究を遂行し，下記に示すようにきわめて順調に，優れた成果を積み重ねてきている。(コア技術I) 機能に応じた機構設計技術、(コア技術II) 医療診断・治療技能における機能の抽出・構造化技術、(コア技術III) 患者に対するロボットの安全・安心・思いやりの動作技術、(コア技術IV) 診断・治療タスクに応じたシステム動作切替え技術、(コア技術V) リアルタイム医用画像処理技術。
とりわけ (コア技術V) リアルタイム医用画像処理技術については近年，深層学習をはじめとする機械学習による画像処理の分野で画期的なブレークスルーがあった。これを踏まえてわれわれの研究グループも深層学習を包含した医療用ロボットビジョン技術に関する研究に着手、その成果も順調に積み重ねている（日本超音波治療研究会（JSTU2018最優秀演題賞，学生研究奨励賞，ベストポスター賞受賞），泌尿器画像診断・治療技術研究会（JSURT2019）最優秀演題賞受賞、第25回ロボティクスシンポジア学生奨励賞受賞）。また、(コア技術I)に関してベッド型の超音波診断・治療ロボットを株式会社大林製作所と共同で開発、国際ロボット展（iREX2019）に出展した。ほかにも一流国際誌への掲載、日刊工業新聞への掲載など，医療診断・治療のための生体患部抽出・追従・モニタリング技術のパイオニアかつ中核的な存在として国内外からきわめて高い注目を集めてきている。なお、本研究の一連の成果は後継プロジェクトである『医療デジタル化を加速・推進するロボティック超音波診断・治療基盤システムの構築（JSPS科研費 JP20H02113）』に発展的に引き継がれ、精力的に応用展開されている。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Use of intra-procedural fusion imaging combining contrast-enhanced ultrasound using a perflubutane-based contrast agent and auto sweep three-dimensional ultrasound for guiding radiofrequency ablation and evaluating its efficacy in patients with hepatocellular carcinoma (2020)
  • Author(s): Katsuyuki Sanga, Kazushi Numata, Hiromi Nihonmatsu, Katsuaki Ogushi, Hiroyuki Fukuda, Makoto Chuma, Hiroshi Hashimoto, Norihiro Koizumi, Shin Maeda
  • Journal Title: International Journal of Hyperthermia (IJH) Volume: 37 Pages: 202-211
  • DOI: 10.1080/02656736.2020.1729422
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sagittal alignment in an MR-TRUS fusion biopsy using only the prostate contour in the axial image (2020)
  • Author(s): Riki Igarashi, Norihiro Koizumi, Yu Nishiyama, Kyohei Tomita, Yuka Shigenari, Sunao Shoji
  • Journal Title: ROBOMECH Journal Volume: 7 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1186/s40648-020-0155-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Usefulness of computer-aided diagnosis system in evaluating severity of benign prostatic hyperplasia, using a super-ellipse model to characterize changes in prostate contours (2020)
  • Author(s): Sunao Shoji, Yuka Shigenari, Izumi Hanada, Tatsuya Otaki, Takahiro Ogawa, Masayoshi Kawakami, Hakushi Kim, Masanori Hasegawa,Yoshiaki Kawamura, Norihiro Koizumi, Akira Miyajima
  • Journal Title: The Journal of Urology Volume: 203 Pages: 605-606
  • DOI: 10.1097/JU.0000000000000891.07
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 医デジ化の手法・効果と社会的インパクト (2019)
  • Author(s): 小泉憲裕, 西山 悠, 江浦史生,今泉飛翔, 大塚研秀, 佐々木雄大, 重成佑香, 五十嵐立樹, 草原健太, 小林賢人, 月原弘之, 松本直樹, 小川眞広
  • Journal Title: 精密工学会誌 Volume: 85 Pages: 749-752
  • DOI: 10.2493/jjspe.85.749
  • Open Access
• [Journal Article] Automatic Diagnosis by Compact Portable Ultrasound Robot : State Estimation of Internal Organs with Steady-State Kalman Filter (2019)
  • Author(s): Yudai Sasaki, Fumio Eura, Kento Kobayashi, Ryosuke Kondo, Kyohei Tomita, Yu Nishiyama, Hiroyuki Tsukihara, Naoki Matsumoto, Norihiro Koizumi
  • Journal Title: Proc. of 2019 IEEE Healthcare Innovations and Point of Care Technologies Conference (HI-POCT) Volume: 2019 Pages: 29-32
  • DOI: 10.1109/HI-POCT45284.2019.8962758
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Deep Learning Based 3-Dimensional Liver Motion Estimation Using 2-Dimensional Ultrasound Images (2019)
  • Author(s): Tsubasa Imaizumi, Ryosuke Kondo, Kenta Kusahara, Yu Nishiyama, Hiroyuki Tsukihara, Naoki Matsumoto, Kazushi Numata, Norihiro Koizumi
  • Organizer: 2019 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems (CBS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lesion Tracking Method Using CNN in Non-Invasive Ultrasound Diagnostic Treatment Integrated System (2019)
  • Author(s): Riki Igarashi, Kyohei Tomita, Yu Nishiyama, Yuka Shigenari, Norihiro Koizumi
  • Organizer: 2019 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems (CBS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Bed-Type Ultrasound Diagnosis and Therapeutic Robot (2019)
  • Author(s): Kento Kobayashi, Yudai Sasaki, Fumio Eura, Ryosuke Kondo, Kyohei Tomita, Takahiro Kobayashi, Yusuke Watanabe, Akihide Otsuka, Hiroyuki Tsukihara, Naoki Matsumoto, Kazushi Numata, Hidetoshi Nagaoka, Toshiyuki Iwai, Hideyuki Iijima, Yu Nishiyama, Norihiro Koizumi
  • Organizer: 2019 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems (CBS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Matching axial images of magnetic resonance imaging and transrectal ultrasound based on deep learning (2019)
  • Author(s): Riki Igarashi, Norihiro Koizumi, Yu Nishiyama, Kyohei Tomita, Yuka Shigenari, Sunao Shoji
  • Organizer: 33rd International Congress and Exhibition on computer assisted radiology and surgery (CARS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Segmentation of liver parenchyma in ultrasound images for automatic diagnosis of liver cirrhosis (2019)
  • Author(s): Tsubasa Imaizumi, Norihiro Koizumi, Yu Nishiyama, Naoki Matsumoto, Masahiro Ogawa
  • Organizer: 33rd International Congress and Exhibition on computer assisted radiology and surgery (CARS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 電気通信大学 小泉研究室
  • URL: http://www.medigit.mi.uec.ac.jp/
• [Remarks] 小泉 憲裕の研究ブログ
  • URL: http://blog2009nkoizumi.japanprize.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 生体内運動追跡方法およびプログラム (2018)
  • Inventor(s): 小泉憲裕,西山 悠,近藤亮祐,冨田恭平,江浦史生,沼田和司
  • Industrial Property Rights Holder: 小泉憲裕,西山 悠,近藤亮祐,冨田恭平,江浦史生,沼田和司
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 10,535,159
  • Overseas