2018 Fiscal Year Annual Research Report
データ駆動型医療用超音波診断システムによる心機能の自動評価
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18H04122
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小谷 潔 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (00372409)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 憲彦 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (40422307)
仙波 宏章 東京大学, 医学部附属病院, 登録研究員 (80747923)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 医療用超音波診断システム / 機械学習 / エコー画像 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は超音波検査システムの知能化を目指して，適切な被検査者・プローブ情報を無拘束で取得するシステム構築，プローブガイドを行うための座標変換システム，心疾患に関する細胞レベルでの動態を理解するための培養心筋による基礎実験を行った．併せて病態モデルとしてマウス心不全モデルを樹立している．以下にそれぞれについて述べる．
適切な超音波自動診断手法を構成するためには，適切なプローブのガイドを行うことに加えて被検査者の呼吸および体動に関する情報を取得・解析する必要がある．そこで，今年度は被検査者の生体情報（心電，呼吸，体動）およびプローブ情報と連動した超音波画像取得・解析システムを構築した．はじめにプローブの位置および角度を無拘束で取得するために，適切なカメラおよびマーカ位置を探索した．その後，被検査者の位置取得のために必要なマーカ位置の選定を行った．これらのシステム構築により，モーションキャプチャおよび呼吸検知ベルトを用いて検査者の心電，呼吸，体位，プローブ位置を拘束することなく取得した．
また，今後ロボットあるいは非熟練者が同等の操作を再現できるようにすることを目標に，記録したプローブ位置と現在の位置の差をリアルタイムに表示してガイドするシステムを構築した．位置・角度情報を提示するにあたり，絶対座標系，被験者位置に起因する座標系，プローブ位置に起因する座標系，の3つが挙げられるが，これらの間の座標変換のシステムを実装し，プローブ操作に必要な情報提示手法の検討を行った．
さらに，不整脈の発生機序の解明における細胞レベルでの情報処理のための基礎実験として，ラット心筋細胞培養系に対して電気刺激によるペーシング実験を行った．それによって，電気刺激あるいは薬剤を用いた不整脈誘発および徐細動のための実験系を構築し，基礎的な知見を得た．
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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
基本的なシステムの構築を進めている段階である．超音波自動診断を行うにあたり，プローブ位置，エコー画像などの情報を同期して取得し，リアルタイムで解析する必要があるが，各センサ情報をリアルタイムに受け取り解析するインタフェースの構築が順調に進展しているため．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，構築したシステムをさらに発展させ，自動診断に向けて開発を進める．
まず，前年度構築したシステムを用いて，情報解析として被検査者に動きがある中で最適なプローブ位置を確定するための必要な計測項目の洗い出しを行う．そして，専門家の手技による正解画像と学習用の不正解画像をデータセットをして取得していく．また，画像解析のために，シミュレーションを用いて心臓の動きと血流の流れから拍出の特徴を抽出する数理解析手法を提案し，その妥当性を検証する．
さらに，駆動系を構築して検査においてリアルタイムでのデータ解析によって探索，評価を行う超音波診断システムへと開発を進める．特にファントムを用いて正解位置，角度が既知の状況でロボットが誤差のない画像を計測できるための駆動アルゴリズムを構築する．
動物実験に関しては引き続きマウス心不全病態モデルを用いた解析を継続する．特に心臓リモデリングの過程で心筋組織に集積する炎症細胞の挙動に着目し，心機能および心臓線維化における役割を明らかにする．既に炎症細胞特異的な低酸素シグナル欠損マウスの樹立を完了しており，in vivoレベルでの詳細な解析に着手している．これらのアプローチを通じて心筋組織における無菌的炎症と組織リモデリングにおける役割を明らかにする．
これらの情報取得と駆動系の開発，病理的な原因究明を並行して行うことで，より詳細な情報に基づいたリアルタイムでの超音波駆動機構の開発と検査データ取得システムの開発を進める．
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