2019 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, 届出研究員 (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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は昨年度の超音波検査システムについて，さらに被検査者の位置姿勢・プローブの位置姿勢情報に基づいて適切な目標位置および姿勢を割り出し，現状位置からのロボット駆動計画を立て，実際にロボットを駆動するシステムを構築した．さらに，心エコー動画から拍動の特徴を抽出するためのモード分解法について検討を行った．併せて心筋組織で生じている組織リモデリングの分子機構を検証した。
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，被検査者の位置姿勢情報，呼吸に加えて超音波プローベ位置姿勢を取得し，目標位置までの駆動計画をたてる必要がある．そこで，前年度のシステムを超音波を把持した多関節ロボットと組み合わせることで，プローブを目標とする位置・姿勢に誘導するアルゴリズムと駆動システムを構築した．その結果，再帰的に駆動指令を行うことで適切な位置・姿勢へのプローブ誘導が可能であることを確認した．
また，心エコー動画から拍動の特徴を抽出するためのモード分解法の開発を推進した．心拍動の動画から適切な特徴を抽出するにあたり，動的モード分解に着目した手法を開発した．数理解析としてゆらぎを伴った構造物の周期運動について解析を行うことで，撮像位置が適切ではないデータの分離ができる可能性が示された．
さらに，組織低酸素環境を可視化する独自のイメージング技術を用いて、心臓リモデリング組織が低酸素環境にあることを明らかにした。興味深い事に心臓低酸素部位にマクロファージが集積することが判った。心臓マクロファージの低酸素シグナルは組織リモデリング、心臓線維化を抑制する役割を果たしている事、その分子機構としてサイトカイン Oncostatin-M分泌を介して線維芽細胞を不活化していることを見出した(Nat Com 2019)。
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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
自動心エコー動画撮像を行うにあたり，基本的なシステムの構築が当初の計画通りに進んでいるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度のシステム開発によって，被検査者からの生体情報取得，リアルタイム解析，プローブ移動計画，ロボットの駆動という一通りのシステムが構築されている．今後は構築したシステムの検証と改良によって，自動取得，診断に向けた開発を進める．
具体的には，構築システムを用いて実際に心エコー動画撮像を行い，精度の検証，ロボット駆動動作の安定・高速化および必要に応じてさらなる精度向上に向けた改良を検討していく．
ロボット駆動動作に関しては安全かつ適切なスピードの駆動および適切な経路設計を模索していく．特に，本研究で用いているロボットは多関節型であるため，各関節での誤差が手先の運動誤差に累積しやすい構造となっている．一方で，外部モーションキャプチャの精度は目標としている駆動精度に対して十分に高いため，いかに外部座標系からの指示を適切な方法で駆動制御に活用できるかを検討する．さらに，超音波画像自体も駆動が成功したかどうかに関する情報をもっているため，超音波画像をリアルタイムで解析し，ロボット駆動計画に関与できるようなプラットフォームの開発にも取り組んでいきたい．最終的には探索的な手法と教師データに基づいた位置補正手法のバランスを取り，最適な撮像アルゴリズムを確立する．
さらに心筋組織リモデリングにおいて中心的に役割を果たすマクロファージ低酸素応答プロセスをより詳細に理解すべく、HIF-1α・HIF-2α特異的な低酸素応答様式を明らかにする。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Macrophage hypoxia signaling regulates cardiac fibrosis via Oncostatin M2019
Author(s)
H Abe, N Takeda, T Isagawa, H Semba, S Nishimura, M Suimye Morioka, Y Nakagama, T Sato, K Soma, K Koyama, M Wake, M Katoh, M Asagiri, M L. Neugent, J Kim, C Stockmann, T Yonezawa, R Inuzuka, Y Hirota, K Maemura, T Yamashita, K Otsu, I Manabe, R Nagai and I Komuro
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Journal Title
Nat Commun.
Volume: 10
Pages: 2824
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Cell Cycle Perturbation Induces Collagen Production in Fibroblasts,2019
Author(s)
Masaki Wake, Norihiko Takeda, Takayuki Isagawa, Tatsuyuki Sato, Yu Nakagama, Masaki Suimye Morioka, Yasushi Hirota, Masataka Asagiri, Koji Maemura, Ichiro Manabe, Kazuaki Tanabe, Issei Komuro
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Journal Title
Int Heart J.
Volume: 60
Pages: 958-963
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Therapeutic targeting of mitochondrial ROS ameliorates murine model of volume overload cardiomyopathy2019
Author(s)
Kenichi Okamura, Yu Nakagama, Norihiko Takeda, Katsura Soma,Tatsuyuki Sato, Takayuki Isagawa, Yasutoshi Kido, Masaya Sakamoto, Ichiro Manabe, Yasutaka Hirata, Issei Komuro, Minoru Ono
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Journal Title
J Pharmacol Sci.
Volume: 141
Pages: 56-63
DOI
Peer Reviewed
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